1. 1 음극 재

리튬-이온 배터리 캐소드 재료는 주로 리튬이 풍부한 망간 계 재료, 3 원 복합 재료, 스피넬 형 LiMn 2 O 4, 인산 철 리튬 및 리튬 니켈 망간 산화물로 나뉜다. 높은 비 용량 (> 200 mAh / g), 높은 에너지 밀도를 갖는 Li- 풍부 망간 계 고용체 음극 재료 Li 1 + x M 1 – x O 2 (M은 Ni, Co 및 Mn과 같은 전이 금속), 저비용 및 환경 보호 친 화성 등이지만 초기 방전 효율이 낮고 쿨롱 효율이 낮으며 사이클 수명이 짧으며 고온 성능이 불만족스럽고 저속 성능과 같은 단점이 있습니다. 중국 과학원 물리학 연구소의 Wang Zhaoxiang 연구원은 실험 연구와 이론적 계산을 결합합니다. 본 논문은 Mn 이동의 원동력을 탐구하여 Mn 이동으로 인한 일련의 문제를 연구하고 Mn 이동을 억제하는 방법을 제안한다. Xiangtan University의 Wang Xianyou 교수는 재료 구조와 성능의 관계에서 시작하여 재료 구조, 설계 재료 구성 (O 초과), 제어 재료 상 구성 (공-도핑) 및 표면 수정 (폴리아닐린으로 코팅)을 최적화하여 개선 및 개선했습니다. . 리튬 소재 성능의 방식. 코팅 수정에서 Changsha University of Technology의 Chen Zhaoyong 교수는 심층적 인 연구를 수행했습니다. 미세 다공성 Al 2 O 3 / PAS 이중층 클래딩 구조는 리튬이 풍부한 망간 기반 음극 재료의 표면에 구성되었습니다 특정 용량은 최대 280 mAh / g이고, 0.2 ℃에서 100 사이클 후에도 여전히 98% 용량 유지율이 있고 물질의 구조적 변형은 없다. Ni-Co-Mn 3 원 음극 재료의 연구는 용량, 사이클 특성 및 속도 성능을 추가로 개선하기 위해 주로 조성 및 제조 조건, 코팅 또는 도핑 개질 등에 초점을 맞추고있다. 제 1 방전 특정 용량의 제 1 방전 특정 용량은 209.4 mAh / g, 1.0 ℃이다. 재료의 제 1 방전 특정 용량은 0.1C mAh / g, 1.0C이다. 7%. 용량 보유 고온에서의 용량 유지율은 여전히 87.7%이다. 코팅 물질은 또한 LiTiO 2, Li 2 ZrO 3 등일 수 있으며, 이는 3 원 양극 물질의 안정성을 향상시킬 수있다. 고상 연소 합성에 의한 스피넬 LiMn 2 O 4의 제조는 반응 온도를 낮추고 반응 속도를 가속화하며 생성물의 결정 구조를 개선시킬 수있다. 스피넬 LiMn2O4를 개질하는 주요 방법은 ZnO, Al2O3, 도핑 Cu, Mg 및 Al 코팅과 같은 코팅 및 도핑이다. 인산 철 리튬의 개질을들 수있다. 사용되는 방법은 원소 코 도핑 (예 : 바나듐 이온 및 티타늄 이온), 페로센 및 기타 촉매 흑연 화 첨가제의 첨가, 및 그래 핀, 탄소 나노 튜브 등과의 배합이다. 리튬 니켈 망가 네이트 캐소드 물질의 경우, 변형 및 코팅을 도핑하고 합성 방법 및 공정을 개선함으로써 고온 안정성이 또한 개선 될 수있다. 다른 연구자들은 850 mAh / g의 초기 방전 비 용량을 갖는 카르 보닐 공액 프탈로시아닌 화합물과 같은 다른 유형의 음극 물질을 제안했다. 그래 핀-메소 포러스 카본 / 셀레늄 (G-MCN / Se) 3 원 복합 필름 양극의 경우, 셀레늄 함량이 62% 일 때, 1C의 첫 번째 방전 비 용량은 432mAh / g이고, 이후 385mAh / g로 유지되었다 1300 사이클, 사이클 안정성이 우수함.

1.2 양극 재

흑연 재료는 현재 주요 양극 재료이지만, 연구원들은 다른 양극 재료를 탐색하고 있습니다. 양극 재료와 비교하여, 양극 재료는 명백한 연구 핫스팟이 없다. 전해질은 배터리의 첫 번째 사이클 동안 흑연 양극의 표면에서 환원 적으로 분해되어 고체 전해질 상 계면 (SEI) 막을 형성하여, 최초의 돌이킬 수없는 용량 손실을 초래하지만, SEI 막은 전해질이 계속되는 것을 방지 할 수있다 흑연 표면에서 분해되어 전극을 보호합니다. 역할. South China Normal University의 Zhang Ting은 그라파이트 애노드와 전해질 간의 상용 성을 개선하고 배터리의 전기 화학적 성능을 향상시키기 위해 디메틸 설 파이트를 SEI 필름 형성 첨가제로 추가했습니다. 일부 연구자들은 나노 티타 네이트-탄소 복합재를 양극 재료로 사용했으며, 속도 성능과 사이클 안정성을 향상시키기 위해 마그네트론 스퍼터링으로 ZnO, Al 2 O 3 및 기타 재료로 코팅했다. 분무 건조 열분해 방법에 의해 제조 된 실리콘-탄소 복합 양극 재료는 100 mA / g의 전류에서 제 1 방전 비용 량이 1,033.2 mAh / g이고, 제 1 충 방전 효율은 77.3%이고; 자가지지 형가요 성 실리콘 / 그래 핀 복합 필름 애노드 재료는 100 mA / g의 전류에서 50 회 사이클링되었고, 비 용량은 여전히 1,500 mAh / g이며, 쿨롱 효율은 99% 이상에서 안정화되었다. 그래 핀 시트는 높은 전기 전도성 및 유연성을 갖기 때문이다.

1.3 리튬 이온 배터리

전해질 전통적인 탄산염 전해질 시스템은 가연성 및 열 안정성 불량과 같은 문제가 있습니다. 높은 인화점, 불연성, 넓은 전기 화학적 안정성 창 및 넓은 온도 적응성을 갖춘 전해질 시스템을 개발합니다. 리튬 이온 배터리의 핵심 재료입니다.

NiMH 배터리 2 개

니켈-금속 수 소화물 배터리의 연구 핫스팟은 수소 저장 합금 재료이다. 광시 대학의 Guo Jin 교수는 액체 질소 온도에서의 빠른 냉각과 기계식 볼 밀링의 비평 형 처리는 Mg 17 Al 12 합금의 수소 저장 성능을 조절한다고 믿는다. 광시 대학 부교수 Lan Zhiqiang은 Mg 90 Li 1 – x Si x (x = 0, 2, 4 및 6) 복합 수소 저장 물질을 제조하기 위해 기계적 합금과 결합 된 열처리 공정을 사용했으며, Si에 Mg-Li 시스템의 용액 저장. 수소 성능의 영향. 희토류 원소의 도입은 수소 흡수 및 탈착 사이클 동안 합금 조성물의 비정질 화 현상 및 불균형 화 과정을 억제 할 수 있고, 합금의 가역적 수소 흡수 및 탈착을 증가시킬 수있다. 시장에 나와있는 기존의 수소 저장 합금 재료는 대부분 희토류 원소 (La)로 도핑되어 있습니다. , Ce, Pr, Nd 등)이지만 Pr 및 Nd의 가격은 더 높습니다. Zhu Xilin은 니켈-수소 배터리에서 Pr 및 Nd로 도핑되지 않은 AB 5 수소 저장 합금의 적용에 대해보고했다. 전기 버스에 적용된 정사각형 배터리는 100,000km 동안 안전하게 작동되었습니다. 수소 저장 물질에 대한 다른 연구 핫스팟은 Mg (BH 2) 2 -2LiH, 4MgH 2 – Li 3 AlH 6, Al-Li 3 AiH 6 및 NaBH 4 -CO (NH 2) 2와 같은 금속 질소 수 소화물이다. 입자 크기를 감소시키고 알칼리 금속 첨가제를 첨가하면 금속 배위 수소 저장 재료의 수소 저장 성능을 향상시킬 수 있으며, 여기서 입자 크기는 감소되며, 이는 주로 고 에너지 기계적 볼 밀링에 의해 달성된다. 계림 전자 기술 대학의 Sun Lixian 교수가보고 한 Amine-Decorated12-Connected MOF CAU-1 재료는 우수한 H 2, CO 2 및 메탄올 흡착 특성을 가지며, 이는 CO 2 배출 감소 및 수소 저장에 대한 중요성과 적용 가치가 높습니다. . 그들은 또한 4MgH 2 -Li 3 AlH 6, Al-Li 3 AiH 6 및 NaBH 4 -CO (NH 2) 2와 같은 다양한 알루미늄 기반 합금 수소 발생 물질을 연료 전지와 함께 사용합니다.

슈퍼 커패시터 3 개

고속 성능 및 긴 사이클 수명을 갖는 전극 재료에 대한 연구는 탄소 재료가 다공성 탄소 재료, 바이오 매스 탄소 재료 및 탄소 복합 재료와 같은 가장 일반적인 슈퍼 커패시터 전극 재료 인 슈퍼 커패시터에 대한 연구의 초점이다. 일부 연구자들은 나노 다공성 탄소 에어로겔 재료를 준비했으며, 우수한 전기 화학적 캐패시턴스 특성이 3 차원 네트워크 골격 구조와 초 고비 표면적에서 나온다는 것을 증명했습니다. 화중 과학 기술 대학교의 니에 펜 그루 (Nie Pengru)는 3 차원 다공성 탄소 재료를 얻어 구연산 습식 침출에 의해 폐 납 배터리를 회수하는 과정에서 슈퍼 커패시터의 전극 재료로 사용했다. 이 방법은 에너지 저장 산업과 환경 보호 산업의 긴밀한 통합을 촉진하고 좋은 생태 및 환경 적 이점을 생성 할 수 있습니다. 연구원들은 또한 슈퍼 커패시터 용 전극 재료로서 다른 바이오 매스 탄소 재료 (자당, 꽃가루, 조류 등)의 사용을 탐구했습니다. 복합 재료의 측면에서 연구자들은 샌드위치 모양의 MoO 3 / C 복합 재료를 설계했으며 α-MoO 3 층과 그래 핀 층은 수평 인터리브 및 적층되어 우수한 전기 화학적 특성을 가지고있다. 그래 핀 / 탄소 양자점 복합 재료 또한 0.5A / g의 전류에서 256F / g의 비정전 용량을 갖는 전극 재료로서 사용될 수있다. Shaanxi Normal University의 Liu Zonghuai 교수는 0.25 A / g의 전류에서 456 m 2 / g의 비 표면적 및 281 F / g의 비정전 용량을 갖는 망간 산화물 나노 입자로 조립 된 메조 포러스 망간 산화물 나노 전극 재료를 제조 하였다. South China University of Technology의 Liu Peipei는 11 A / g의 전류에서 1,988.6 F / g의 비정전 용량 및 정전 용량 유지율을 갖는 3 차원 나노 플라워 NiO-Co 3 O 4 복합 재료를 준비했습니다. 1,500 회 94. 0%; Nankai University의 Wang Yijing은 다양한 형태의 NiCo 2 O 4 재료의 성장 메커니즘, 미세 구조 및 성능을 연구했습니다. 충칭 예술 과학 대학의 Tang Ke는 등가 저항과 충전 전류의 관계를 분석했습니다. 등가 회로 모델을 사용하여 전류에 따른 수퍼 커패시터의 정전 용량, 저장 용량 및 충전 효율의 변화를 연구했습니다. 슈퍼 커패시터의 온도 저장 성능이 논의되었다. 타격.

4 연료 전지

양성자 교환 막 연료 전지 (PEMFC)의 상업화는 주로 비용 및 수명에 의해 제한된다. PEMFC에 사용되는 촉매는 주로 Pt와 같은 귀금속이기 때문에 작업 환경에서 비용이 많이 들고 쉽게 분해되어 촉매 활성이 감소합니다. 중국 과학원 대련 화학 물리 연구소의 Shao Zhigang 연구원은 Pd를 도입하여 Pt의 양을 줄이고 촉매의 활성을 증가시키는 Pd-Pt 코어-쉘 촉매를보고했다. 또한, 연구자들은 고분자 안정화, 표면 그룹화 및 금속 표면 탄소 클러스터 변형을 사용하여 높은 활성 및 높은 안정성을 갖는 PEMFC 금속 산소 환원 촉매를 수득함으로써 금속과 담체 사이의 상호 작용을 개선시켰다. Beijing Institute of Technology의 Cao Tai는 상단에 코발트 나노 입자가있는 균일하고 질소로 도핑 된 대나무 모양 탄소 나노 튜브를 합성하기위한 경량의 저비용 및 대규모 합성 방법을 도입했습니다. 제품은 우수한 특성을 가지고 있습니다. 산화 환원 촉매 활성. 종래의 백금 계 촉매를 대체 할 수있는 탄소 계 촉매 및 연료 전지용 기타 비 백금 촉매는 열수 탄화, 고온 열분해 등에 의해 얻어지며, 상용 백금 탄소 촉매와 유사한 성능을 갖는다.

다른 배터리 5 개

5. 1 나트륨 이온 배터리

Na 0. 44 MnO 2 물질의 충 방전 과정은 노스 이스턴 대학의 다이 케화에서 연구되었다. Mn 2 +는 물질의 표면에 낮은 전위로 형성되는 것으로 밝혀졌다. 전도성 수지 페놀 수지 PFM은 순수한 Sn 분말의 가역적 비 용량을 향상시킬 수있다. 안정적인 충전 및 방전을 달성합니다. Zhongnan University Xiao Zhongxing et al. 수열 법 및 고온 고 상법에 의해 소결되어 고순도 Na0.44 MnO2를 합성하고, 금속 나트륨을 부극으로서 사용하여 용량이 0 인 버튼형 전지를 조립했다. 5C 사이클 20 회. 체류 율은 98.9%이고; Shanghai Electric Power College의 Zhang Junxi는 나트륨 이온 배터리의 음극 재료로 사용되었으며 전기 화학 성능이 우수한 올리 빈 구조의 NaFePO 4 결정을 합성했습니다. 구이린 전자 기술 대학의 Deng Jianqiu 부교수는 수열 법에 의해 나노 선형 스트론튬 황화물을 제조하여 나트륨 이온 전지의 음극 재료로 사용했습니다. 재료는 100 mA / g에서 첫 번째 방전 비용 량이 552 mAh / g입니다. 55 회주기 후 용량 보유량은 85.5%입니다. 2 A / g에서 40 회 사이클링되고 100 mA /로 복귀합니다. g의 전류 및 방전의 비용 량이 580 mAh / g로 복원되어 음극 재료의 사이클 성능이 양호 함을 나타냅니다. 큰 전류 사이클 후에 구조를 안정적으로 유지할 수 있습니다.

5. 2 개의 리튬-황 배터리

리튬-황 배터리에 대한 연구는 현재 배터리 안전성, 사이클 수명 및 에너지 밀도를 개선하기위한 다공성 탄소 재료, 복합 재료 등과 같은 전극 재료에 중점을두고있다. 중국 과학원 대련 화학 물리 연구소의 장 홍장에 의해 개발 된 탄소 재료는 큰 기공 부피 (> 4.0 cm 3 / g), 높은 비 표면적 (> 1500 m 2 g), 및 높은 황 함량 (> 70%). 높은 황 함량 (3 mg / cm 2)의 조건에서, 0.1 C 방전의 특정 비 용량은 1 200 mAh / g이고; Hainan University의 Chen Yong 교수는 2 차원 아코디언 구조의 Ti 3 C 2를 양극 재료로 사용합니다. 황과 결합하여 S / Ti 2 C 3 복합물을 얻었을 때, 초기 방전 비 용량은 전류 200 mAh / g에서 1 291 mAh / g에 도달했으며, 사이클의 가역 비 용량은 여전히 970 mAh / g이었다.

5. 3 플로우 배터리

중국 과학원 대련 화학 물리 연구소의 Zhang Huamin 연구원은 액체 배터리 에너지 저장 기술의 연구 진행 및 적용에 관한 보고서를보고, 액체 배터리 전해질, 비 불소 이온 전도성 막 및 특정 파워 리액터. 그리고 플로우 배터리 시스템의 연구 결과. 그들은 32kW 급 고출력 밀도 플로우 배터리 스택을 개발하여 전류 밀도 120mA / cm2에서 81.2%의 에너지 효율로 충전 및 방전하여 5MW / 10MWh 유량의 대규모 생산을 가능하게합니다. 배터리 에너지 저장 시스템이 그리드에 구현되었습니다.

6 결론

리튬-이온 배터리, 슈퍼 커패시터 및 연료 전지는 여전히 배터리에 대한 연구의 초점이다. 나트륨 이온 배터리, 플로우 배터리 및 리튬-황 배터리와 같은 다른 배터리도 진화하고 있습니다. 다양한 유형의 배터리의 현재 연구 초점은 더 높은 용량, 효율, 사이클 성능 및 안전 성능을 달성하기 위해 여전히 전극 재료를 개발하는 것이다.
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