1. 1 matériau de cathode

Les matériaux de cathode de batterie lithium-ion sont principalement divisés en matériaux à base de manganèse riches en lithium, matériaux composites ternaires, LiMn 2 O 4 de type spinelle, phosphate de fer lithium et oxyde de manganèse lithium nickel. Matériau de cathode en solution solide à base de manganèse riche en Li Li 1 + x M 1 - x O 2 (M est un métal de transition tel que Ni, Co et Mn) avec une capacité spécifique élevée (> 200 mAh / g), une densité d'énergie élevée, faible coût et protection de l'environnement Amical, etc., mais il existe des lacunes telles qu'une faible efficacité de décharge initiale, une faible efficacité coulombique, une mauvaise durée de vie, des performances insatisfaisantes à haute température et des performances à faible débit. Le chercheur Wang Zhaoxiang de l'Institut de physique de l'Académie chinoise des sciences combine la recherche expérimentale et les calculs théoriques. À partir de l'exploration de la force motrice de la migration de Mn, cet article étudie une série de problèmes causés par la migration de Mn et propose une méthode pour inhiber la migration de Mn. Le professeur Wang Xianyou de l'Université Xiangtan est parti de la relation entre la structure et les performances du matériau, et s'est amélioré et amélioré en optimisant la structure du matériau, la composition du matériau de conception (excès d'O), le contrôle de la composition de la phase du matériau (co-dopé) et la modification de la surface (revêtu de polyaniline) . La voie de la performance des matériaux au lithium. Dans la modification du revêtement, le professeur Chen Zhaoyong de l'Université des sciences et technologies de Changsha a mené une étude approfondie: une structure de revêtement double couche microporeuse Al 2 O 3 / PAS a été construite à la surface du matériau de cathode à base de manganèse riche en lithium et le matériau de la cathode était à une vitesse de 0,1 C. La capacité spécifique peut atteindre 280 mAh / g, et après 100 cycles à 0,2 ° C, il y a toujours 98% de rétention de capacité et aucune transformation structurelle du matériau. La recherche du matériau de cathode ternaire Ni-Co-Mn se concentre principalement sur l'optimisation de la composition et des conditions de préparation, la modification du revêtement ou du dopage, etc., afin d'améliorer encore la capacité, les caractéristiques du cycle et les performances de vitesse. La première capacité spécifique de décharge de la première capacité spécifique de décharge est 209. 4 mAh / g, 1. 0 C. La première capacité spécifique de décharge du matériau est 0. 1 C mAh / g, 1. 0 C. 7%。 Capacité de rétention taux de 95. 5%, le taux de rétention de capacité à des températures élevées est toujours 87.7%. Le matériau de revêtement peut également être LiTiO 2, Li 2 ZrO 3 ou similaire, ce qui peut améliorer la stabilité du matériau d'électrode positive ternaire. La préparation du spinelle LiMn 2 O 4 par synthèse par combustion en phase solide peut réduire la température de réaction, accélérer la vitesse de réaction et améliorer la structure cristalline du produit. Les principales méthodes de modification du spinelle LiMn 2 O 4 sont le revêtement et le dopage, tels que le revêtement ZnO, Al 2 O 3, le dopage Cu, Mg et Al. La modification du phosphate de fer et de lithium est mentionnée. Les méthodes utilisées sont le co-dopage des éléments (tels que l'ion vanadium et l'ion titane), l'addition de ferrocène et d'autres additifs de graphitisation catalytique, et le mélange avec du graphène, des nanotubes de carbone et similaires. Pour les matériaux cathodiques au lithium-nickel-manganate, la stabilité à haute température peut également être améliorée en modifiant et en enduisant le dopage, et en améliorant les méthodes et processus de synthèse. D'autres chercheurs ont proposé d'autres types de matériaux de cathode, tels que des composés de phtalocyanine conjugués au carbonyle, avec une capacité spécifique de décharge initiale de 850 mAh / g; ternaire carbone-sélénium graphène-mésoporeux (G-MCN / Se) Pour l'électrode positive à film composite, lorsque la teneur en sélénium était de 62%, la première capacité spécifique de décharge de 1 C était de 432 mAh / g, et est restée à 385 mAh / g après 1 300 cycles, montrant une bonne stabilité de cycle.

1.2 Matériau d'anode

Les matériaux de graphite sont actuellement les principaux matériaux d'anode, mais les chercheurs ont exploré d'autres matériaux d'anode. Comparé au matériau de cathode, le matériau d'anode n'a pas de point chaud de recherche évident. L'électrolyte se décomposera de manière réductrice à la surface de l'anode en graphite pendant le premier cycle de la batterie pour former une membrane d'interface à phase d'électrolyte solide (SEI), entraînant la première perte de capacité irréversible, mais la membrane SEI peut empêcher l'électrolyte de continuer à se décomposer à la surface du graphite, protégeant ainsi l'électrode. Le rôle. Zhang Ting de South China Normal University a ajouté du diméthylsulfite comme additif filmogène SEI pour améliorer la compatibilité entre l'anode en graphite et l'électrolyte et améliorer les performances électrochimiques de la batterie. Certains chercheurs ont utilisé des composites nano-titanate-carbone comme matériaux d'anode et recouverts de ZnO, Al 2 O 3 et d'autres matériaux par pulvérisation magnétron pour améliorer les performances de débit et la stabilité du cycle; pyrolyse par séchage par pulvérisation Le matériau d'anode composite silicium-carbone préparé par le procédé a une première capacité spécifique de décharge de 1 033. 2 mAh / g à un courant de 100 mA / g, et une première efficacité de charge et de décharge de 77,3%; silicium / graphène flexible autoportant Le matériau d'anode en film composite a été recyclé 50 fois à un courant de 100 mA / g, la capacité spécifique était toujours de 1500 mAh / g et l'efficacité coulombique a été stabilisée à 99% ou plus. La raison en est que les feuilles de graphène ont une conductivité électrique et une flexibilité élevées.

1,3 batterie au lithium-ion

Électrolyte Le système d'électrolyte au carbonate traditionnel présente des problèmes tels que l'inflammabilité et une mauvaise stabilité thermique. Il développe un système d'électrolyte à point d'éclair élevé, ininflammable, large fenêtre de stabilité électrochimique et grande adaptabilité à la température. C'est un matériau clé pour les batteries lithium-ion.

2 piles NiMH

Un point chaud de recherche dans les batteries nickel-hydrure métallique est les matériaux d'alliage de stockage d'hydrogène. Le professeur Guo Jin de l'Université du Guangxi estime que le refroidissement rapide à la température de l'azote liquide et le traitement hors équilibre du broyage mécanique à billes régulent les performances de stockage d'hydrogène de l'alliage Mg 17 Al 12. Le professeur agrégé Lan Zhiqiang de l'Université du Guangxi a utilisé le processus de traitement thermique combiné à un alliage mécanique pour préparer des matériaux de stockage d'hydrogène composite Mg 90 Li 1 - x Si x (x = 0, 2, 4 et 6) et a étudié l'ajout de Si au stockage en solution solide du système Mg-Li. L'effet de la performance de l'hydrogène. L'introduction d'éléments de terres rares peut inhiber le phénomène d'amorphisation et le processus de disproportionation de la composition d'alliage pendant le cycle d'absorption et de désorption d'hydrogène, et augmenter l'absorption et la désorption réversibles d'hydrogène de l'alliage. Les matériaux d'alliage de stockage d'hydrogène conventionnels sur le marché sont principalement dopés avec des éléments de terres rares (La). , Ce, Pr, Nd, etc.), mais le prix de Pr et Nd est plus élevé. Zhu Xilin a rendu compte de l'application d'un alliage de stockage d'hydrogène AB 5 non dopé au Pr et Nd dans une batterie nickel-hydrogène. La batterie carrée appliquée au bus électrique a été exploitée en toute sécurité sur 100 000 km. Les hydrures métalliques d'azote tels que Mg (BH 2) 2 -2LiH, 4MgH 2 - Li 3 AlH 6, Al-Li 3 AiH 6 et NaBH 4 -CO (NH 2) 2 constituent un autre point chaud de recherche pour les matériaux de stockage d'hydrogène. La réduction de la taille des particules et l'ajout d'un additif de métal alcalin peuvent améliorer les performances de stockage d'hydrogène du matériau de stockage d'hydrogène de coordination des métaux, dans lequel la taille des particules est réduite, ce qui est principalement obtenu par un broyage mécanique à haute énergie. Le matériau MOF CAU-1 connecté à une amine et décoré de 12 éléments rapporté par le professeur Sun Lixian de l'Université de technologie électronique de Guilin possède d'excellentes propriétés d'adsorption de H 2, CO 2 et de méthanol, qui sont d'une grande importance et d'une grande valeur d'application pour la réduction des émissions de CO 2 et le stockage de l'hydrogène. . Ils ont également développé une variété de matériaux générateurs d'hydrogène en alliage à base d'aluminium, tels que 4MgH 2 -Li 3 AlH 6, Al-Li 3 AiH 6 et NaBH 4 -CO (NH 2) 2, sont utilisés en combinaison avec des piles à combustible.

3 supercondensateurs

La recherche de matériaux d'électrode à hautes performances et longue durée de vie est au centre des recherches sur les supercondensateurs, parmi lesquels les matériaux en carbone sont les matériaux d'électrode de supercondensateur les plus courants, tels que les matériaux en carbone poreux, les matériaux en carbone biomasse et les matériaux composites en carbone. Certains chercheurs ont préparé des matériaux d'aérogel de carbone nanoporeux et ont prouvé que les bonnes caractéristiques de capacité électrochimique proviennent de la structure du squelette du réseau tridimensionnel et de la surface spécifique ultra-élevée. Nie Pengru, Université des sciences et technologies de Huazhong, a obtenu un matériau de carbone poreux tridimensionnel et l'a utilisé comme matériau d'électrode pour les supercondensateurs dans le processus de récupération des déchets de batteries au plomb-acide par lixiviation humide à l'acide citrique. Cette méthode peut favoriser l'intégration étroite de l'industrie du stockage d'énergie et de l'industrie de la protection de l'environnement, et produire de bons avantages écologiques et environnementaux. Les chercheurs ont également exploré l'utilisation de différents matériaux de carbone de la biomasse (saccharose, pollen, algues, etc.) comme matériaux d'électrode pour les supercondensateurs. Dans l'aspect des matériaux composites, les chercheurs ont conçu un matériau composite MoO 3 / C en forme de sandwich, la couche α-MoO 3 et la couche de graphène sont entrelacées horizontalement et empilées, ce qui présente d'excellentes propriétés électrochimiques; composite graphène / point quantique de carbone Le matériau peut également être utilisé comme matériau d'électrode avec une capacité spécifique de 256 F / g à un courant de 0,5 A / g. Le professeur Liu Zonghuai de l'Université normale de Shaanxi a préparé un matériau nanoélectrode d'oxyde de manganèse mésoporeux assemblé à partir de nanoparticules d'oxyde de manganèse avec une surface spécifique de 456 m 2 / g et une capacité spécifique de 281 F / g à un courant de 0,25 A / g. Liu Peipei de l'Université de technologie de Chine du Sud a préparé un matériau composite NiO-Co 3 O 4 à nano-fleur en trois dimensions avec une capacité spécifique de 1 988. 6 F / g à un courant de 11 A / g, et un taux de rétention de capacité de 1500 cycles. 94. 0%; Wang Yijing de l'Université de Nankai a étudié le mécanisme de croissance, la microstructure et les performances des matériaux NiCo 2 O 4 avec différentes morphologies. Tang Ke, de l'Université des Arts et des Sciences de Chongqing, a analysé la relation entre la résistance équivalente et le courant de charge. Le modèle de circuit équivalent a été utilisé pour étudier la variation de la capacité, de la capacité de stockage et de l'efficacité de charge du supercondensateur avec le courant. Les performances de stockage en température du supercondensateur ont été discutées. Impact.

4 piles à combustible

La commercialisation des piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) est principalement limitée par le coût et la longévité. Étant donné que le catalyseur utilisé dans le PEMFC est principalement un métal noble tel que le Pt, il est coûteux et facilement dégradé dans l'environnement de travail, ce qui entraîne une diminution de l'activité catalytique. Le chercheur Shao Zhigang de l'Institut de physique chimique de Dalian de l'Académie chinoise des sciences a signalé un catalyseur cœur-coquille Pd-Pt qui introduit du Pd pour réduire la quantité de Pt utilisée et augmenter l'activité du catalyseur. De plus, les chercheurs ont amélioré l'interaction entre le métal et le support en utilisant la stabilisation des polymères, le groupement de surface et la modification des grappes de carbone de surface métallique pour obtenir un catalyseur de réduction d'oxygène métallique PEMFC avec une activité élevée et une stabilité élevée. Cao Tai du Beijing Institute of Technology a introduit une méthode de synthèse légère, peu coûteuse et à grande échelle pour la synthèse de nanotubes de carbone uniformes, dopés à l'azote, en forme de bambou avec des nanoparticules de cobalt au sommet. Les produits ont d'excellentes propriétés. Activité catalytique redox. Les catalyseurs à base de carbone et autres catalyseurs sans platine pour piles à combustible, qui peuvent remplacer les catalyseurs à base de platine conventionnels, sont obtenus par carbonisation hydrothermique, craquage thermique à haute température, etc., et ont des performances comparables aux catalyseurs au carbone au platine du commerce.

5 autres batteries

5. 1 batterie au sodium ion

Le processus de charge et de décharge du matériau Na 0,44 MnO 2 a été étudié à Dai Kehua de l'Université Northeastern. Il a été constaté que le Mn 2 + s'est formé à la surface du matériau à faible potentiel. La résine conductrice phénolique en résine PFM pourrait améliorer la capacité spécifique réversible de la poudre de Sn pure. Pour obtenir une charge et une décharge stables. L'Université Zhongnan Xiao Zhongxing et al. fritté par la méthode hydrothermale et la méthode en phase solide à haute température pour synthétiser le Na 0. 44 MnO 2 de plus haute pureté, et le sodium métallique a été utilisé comme électrode négative pour assembler une pile de type bouton, d'une capacité de 0. Cycle 5 C 20 fois. Le taux de rétention était de 98,9%; Zhang Junxi du Shanghai Electric Power College a synthétisé des cristallites NaFePO 4 de structure olivine, qui ont été utilisés comme matériau de cathode pour les batteries aux ions sodium et avaient de bonnes performances électrochimiques. Le professeur agrégé Deng Jianqiu de l'Université de technologie électronique de Guilin a préparé un sulfure de strontium nano-linéaire par méthode hydrothermique et l'a utilisé comme matériau d'électrode négative pour les batteries à ions sodium. Le matériau a une première capacité de décharge spécifique de 552 mAh / g à 100 mA / g. Après 55 cycles, la rétention de capacité est de 85,5%. Il est cyclé 40 fois à 2 A / g et revient à 100 mA / Le courant de g et la capacité spécifique de la décharge sont rétablis à 580 mAh / g, indiquant que les performances de cycle du matériau d'électrode négative sont bonnes, et la la structure peut être maintenue stable après un grand cycle actuel.

5. 2 batterie lithium-soufre

La recherche sur les batteries au lithium-soufre se concentre actuellement sur les matériaux d'électrodes, tels que les matériaux de carbone poreux, les matériaux composites, etc., visant à améliorer la sécurité des batteries, la durée de vie du cycle et la densité d'énergie. Le matériau en carbone développé par Zhang Hongzhang de l'Institut de physique chimique de Dalian de l'Académie chinoise des sciences a un grand volume de pores (> 4, 0 cm 3 / g), une surface spécifique élevée (> 1 500 m 2 g), et une teneur élevée en soufre (> 70%). Dans des conditions de haute teneur en soufre (3 mg / cm 2), la capacité spécifique spécifique de décharge à 0,1 C est de 1 200 mAh / g; Le professeur Chen Yong de l'Université de Hainan utilise du Ti 3 C 2 de structure accordéon bidimensionnelle comme matériau d'électrode positive. Combiné au soufre pour obtenir un composite S / Ti 2 C 3, la capacité spécifique de décharge initiale a atteint 1291 mAh / g à un courant de 200 mAh / g, et la capacité spécifique réversible du cycle était toujours de 970 mAh / g.

5. Batterie 3 flux

Le chercheur Zhang Huamin de l'Institut de chimie et de physique de Dalian, Académie chinoise des sciences, a présenté un rapport sur les progrès de la recherche et l'application de la technologie de stockage d'énergie de la batterie liquide, et a présenté les progrès du développement de l'électrolyte de la batterie liquide, de la membrane conductrice d'ions non fluorée et de la haute réacteur de puissance spécifique. Et les résultats de la recherche dans le système de batterie à flux. Ils ont développé une pile de batterie à flux haute densité de classe 32 kW qui a été chargée et déchargée à une densité de courant de 120 mA / cm 2 avec une efficacité énergétique de 81.2%, permettant une production à grande échelle, dont un débit de 5 MW / 10 MWh batterie Le système de stockage d'énergie a été mis en place sur le réseau.

6. Conclusion

Les batteries au lithium-ion, les supercondensateurs et les piles à combustible font toujours l'objet de recherches sur les batteries; d'autres batteries, telles que les batteries au sodium-ion, les batteries à flux et les batteries au lithium-soufre, évoluent également. L'objectif de recherche actuel de divers types de batteries est toujours de développer des matériaux d'électrodes afin d'obtenir une capacité, une efficacité, des performances de cycle et des performances de sécurité plus élevées.
Introduction à tous les matériaux à électrolyte solide

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