Прогресс исследований 2018 года в области аккумулирования энергии и аккумуляторов

Катодные материалы литий-ионных аккумуляторов в основном делятся на материалы на основе марганца, богатые литием, тройные композитные материалы, шпинельный тип LiMn 2 O 4 , литий-железо-фосфат и литий-никель-марганцевый оксид. Богатый литием катодный материал на основе твердого раствора на основе марганца Li 1 + x M 1 – x O 2 (M – переходный металл, такой как Ni, Co и Mn) с высокой удельной емкостью (> 200 мА·ч/г), высокой плотностью энергии, низкая стоимость и защита окружающей среды. Дружественность и т. д., но есть недостатки, такие как низкая начальная эффективность разряда, низкая кулоновская эффективность, плохой срок службы, неудовлетворительные характеристики при высоких температурах и низкая производительность. Исследователь Ван Чжаосян из Института физики Китайской академии наук сочетает экспериментальные исследования с теоретическими расчетами. На основе исследования движущей силы миграции Mn в этой статье исследуется ряд проблем, вызванных миграцией Mn, и предлагается метод подавления миграции Mn. Профессор Ван Сянью из Университета Сянтань начал с взаимосвязи между структурой материала и характеристиками, а затем улучшал и улучшал его за счет оптимизации структуры материала, состава материала конструкции (избыток O), контроля фазового состава материала (легированный Со) и модификации поверхности (покрытие полианилином). . Способ исполнения литиевого материала. В модификации покрытия профессор Чен Чжаоюн из Чаншанского университета науки и технологий провел углубленное исследование: микропористая двухслойная плакирующая структура Al 2 O 3 /PAS была создана на поверхности катодного материала на основе марганца, богатого литием. , а материал катода - при температуре 0,1 С. Удельная емкость до 280 мАч/г, а после 100 циклов при 0,2 С сохраняется сохранение емкости 981ТР2Т и отсутствие структурной трансформации материала. Исследования тройного катодного материала Ni-Co-Mn в основном сосредоточены на оптимизации состава и условий подготовки, модификации покрытия или легирования и т. Д., Чтобы еще больше улучшить емкость, характеристики цикла и производительность. Удельная емкость первого разряда удельной емкости первого разряда составляет 209,4 мАч/г, 1,0°С. Удельная емкость материала при первом разряде составляет 0,1 мАч/г, 1,0°С. 7%。 Сохранение емкости скорость 95,5%, скорость сохранения емкости при высоких температурах по-прежнему составляет 87,7%. Материалом покрытия также может быть LiTiO 2 , Li 2 ZrO 3 и т.п., что может улучшить стабильность тройного материала положительного электрода. Получение шпинели LiMn 2 O 4 методом твердофазного горения позволяет снизить температуру реакции, ускорить скорость реакции и улучшить кристаллическую структуру продукта. Основными методами модификации шпинели LiMn 2 O 4 являются напыление и легирование, например нанесение ZnO, Al 2 O 3 , легирование Cu, Mg и Al. Упоминается модификация фосфата лития-железа. Используемые методы включают совместное легирование элементами (такими как ион ванадия и ион титана), добавление ферроцена и других добавок для каталитической графитизации, а также смешивание с графеном, углеродными нанотрубками и т.п. Для катодных материалов из манганата лития и никеля стабильность при высоких температурах также может быть улучшена путем легирования и нанесения покрытия, а также совершенствования методов и процессов синтеза. Другие исследователи предложили некоторые другие типы катодных материалов, такие как карбонилсопряженные фталоцианиновые соединения с начальной удельной емкостью разряда 850 мАч/г; графен-мезопористый углерод/селен (G-MCN/Se) тройной Для положительного электрода из композитной пленки при содержании селена 62% удельная емкость первого разряда 1 C составляла 432 мАч/г и оставалась на уровне 385 мАч/г после 1 300 циклов, демонстрируя хорошую циклическую стабильность.

Графитовые материалы в настоящее время являются основными анодными материалами, но исследователи изучают другие анодные материалы. По сравнению с материалом катода, материал анода не имеет очевидной точки исследования. Электролит будет восстановительно разлагаться на поверхности графитового анода во время первого цикла батареи с образованием мембраны раздела фаз твердого электролита (SEI), что приводит к первой необратимой потере емкости, но мембрана SEI может предотвратить дальнейшее разложение электролита. разлагаются на поверхности графита, защищая таким образом электрод. Роль. Чжан Тин из Южно-Китайского педагогического университета добавил диметилсульфит в качестве пленкообразующей добавки SEI, чтобы улучшить совместимость между графитовым анодом и электролитом и улучшить электрохимические характеристики батареи. Некоторые исследователи использовали композиты нанотитанат-углерод в качестве анодных материалов и покрывали их ZnO, Al 2 O 3 и другими материалами с помощью магнетронного напыления для повышения производительности и стабильности цикла; пиролиз с распылительной сушкой Кремний-углеродный композиционный анодный материал, полученный данным способом, имеет удельную емкость первого разряда 1033,2 мАч/г при токе 100 мА/г и эффективность первого заряда и разряда 77,3%; самонесущий гибкий кремний/графен Композитный пленочный анодный материал был циклирован 50 раз при токе 100 мА/г, удельная емкость по-прежнему составляла 1500 мАч/г, а кулоновская эффективность стабилизировалась на уровне 99% или выше. Причина в том, что листы графена обладают высокой электропроводностью и гибкостью.

Электролит Традиционная система карбонатных электролитов имеет такие проблемы, как воспламеняемость и плохая термическая стабильность. Он разрабатывает электролитную систему с высокой температурой вспышки, негорючестью, широким окном электрохимической стабильности и широкой температурной адаптируемостью. Это ключевой материал для литий-ионных аккумуляторов.

Горячая точка исследований в никель-металлгидридных батареях - это материалы из сплавов для хранения водорода. Профессор Го Цзинь из Университета Гуанси считает, что быстрое охлаждение при температуре жидкого азота и неравновесная обработка механической шаровой мельницы регулируют характеристики хранения водорода в сплаве Mg 17 Al 12. Доцент Лань Чжицян из Университета Гуанси использовал процесс термообработки в сочетании с механическим сплавлением для получения композитных материалов для хранения водорода Mg 90 Li 1 – x Si x (x = 0, 2, 4 и 6) и изучал добавление Si к хранение твердого раствора системы Mg-Li. Эффект производительности водорода. Введение редкоземельных элементов может ингибировать явление аморфизации и процесс диспропорционирования состава сплава во время цикла поглощения и десорбции водорода, а также увеличивать обратимое поглощение и десорбцию водорода сплавом. Обычные сплавы для хранения водорода на рынке в основном легированы редкоземельными элементами (La). , Ce, Pr, Nd и др.), но цена Pr и Nd выше. Zhu Xilin сообщил о применении сплава для хранения водорода AB 5, не легированного Pr и Nd, в никель-водородной батарее. Квадратная батарея, примененная в электробусе, благополучно проработала 100 000 км. Еще одной областью исследований материалов для хранения водорода являются гидриды азота металлов, такие как Mg(BH 2 ) 2 -2LiH, 4MgH 2 – Li 3 AlH 6 , Al-Li 3 AiH 6 и NaBH 4 -CO(NH 2 ) 2 . Уменьшение размера частиц и добавление добавки щелочного металла может улучшить характеристики хранения водорода в металлическом координационном материале для хранения водорода, при этом размер частиц уменьшается, что в основном достигается за счет высокоэнергетического механического шарового измельчения. Материал MOF CAU-1, декорированный амином12 и соединенный амином, о котором сообщил профессор Сунь Лисянь из Университета электронных технологий Гуйлиня, обладает превосходными свойствами адсорбции H 2 , CO 2 и метанола, которые имеют большое значение и ценность для применения для снижения выбросов CO 2 и хранения водорода. . Они также разработали различные водородогенерирующие материалы на основе сплава алюминия, такие как 4MgH 2 -Li 3 AlH 6 , Al-Li 3 AiH 6 и NaBH 4 -CO(NH 2 ) 2 , которые используются в сочетании с топливными элементами.

Поиск электродных материалов с высокими характеристиками и длительным сроком службы находится в центре внимания исследований суперконденсаторов, среди которых углеродные материалы являются наиболее распространенными материалами для электродов суперконденсаторов, такими как пористые углеродные материалы, углеродные материалы из биомассы и углеродные композитные материалы. Некоторые исследователи подготовили материалы из нанопористого углеродного аэрогеля и доказали, что хорошие характеристики электрохимической емкости обусловлены трехмерной сетчатой структурой скелета и сверхвысокой удельной площадью поверхности. Ни Пэнгру из Хуачжунского университета науки и технологий получил трехмерный пористый углеродный материал и использовал его в качестве электродного материала для суперконденсаторов в процессе восстановления отработанных свинцово-кислотных аккумуляторов путем мокрого выщелачивания лимонной кислотой. Этот метод может способствовать тесной интеграции индустрии накопления энергии и индустрии защиты окружающей среды, а также принести хорошие экологические и экологические преимущества. Исследователи также изучили использование различных углеродных материалов из биомассы (сахароза, пыльца, водоросли и т. д.) в качестве электродных материалов для суперконденсаторов. Что касается композитных материалов, исследователи разработали композитный материал MoO 3 /C в форме сэндвича, слой α-MoO 3 и слой графена горизонтально чередуются и укладываются друг на друга, что обеспечивает превосходные электрохимические свойства; композит графен/углерод с квантовыми точками Материал также может быть использован в качестве электродного материала с удельной емкостью 256 Ф/г при токе 0,5 А/г. Профессор Лю Цзунхуай из Шэньсиского педагогического университета подготовил мезопористый наноэлектродный материал на основе оксида марганца, собранный из наночастиц оксида марганца с удельной поверхностью 456 м 2 /г и удельной емкостью 281 Ф/г при силе тока 0,25 А/г. Лю Пейпей из Южно-Китайского технологического университета подготовил трехмерный композитный материал NiO-Co 3 O 4 с наноцветами с удельной емкостью 1988,6 Ф/г при токе 11 А/г и коэффициентом сохранения емкости 1500 циклов. 94. 01ТП2Т; Ван Ицзин из Нанкайского университета изучал механизм роста, микроструктуру и характеристики материалов NiCo 2 O 4 различной морфологии. Тан Ке из Чунцинского университета искусств и наук проанализировал взаимосвязь между эквивалентным сопротивлением и зарядным током. Модель эквивалентной схемы использовалась для исследования изменения емкости, емкости хранения и эффективности зарядки суперконденсатора в зависимости от тока. Обсуждались температурные характеристики суперконденсатора. Влияние.

Коммерциализация топливных элементов с протонообменной мембраной (PEMFC) в первую очередь сдерживается стоимостью и долговечностью. Поскольку катализатор, используемый в PEMFC, представляет собой в основном благородный металл, такой как Pt, он дорог и легко разлагается в рабочей среде, что приводит к снижению каталитической активности. Исследователь Шао Чжиган из Даляньского института химической физики Китайской академии наук сообщил о Pd-Pt катализаторе ядро-оболочка, который вводит Pd для уменьшения количества используемой Pt и повышения активности катализатора. Кроме того, исследователи улучшили взаимодействие между металлом и носителем, используя стабилизацию полимера, поверхностную группировку и модификацию углеродных кластеров на поверхности металла, чтобы получить катализатор восстановления металла кислородом PEMFC с высокой активностью и высокой стабильностью. Цао Тай из Пекинского технологического института представил легкий, недорогой и крупномасштабный метод синтеза однородных, легированных азотом углеродных нанотрубок в форме бамбука с наночастицами кобальта наверху. Изделия обладают отличными свойствами. Окислительно-восстановительная каталитическая активность. Катализаторы на основе углерода и другие неплатиновые катализаторы для топливных элементов, которые могут заменить обычные катализаторы на основе платины, получают путем гидротермальной карбонизации, высокотемпературного термического крекинга и т. д. и имеют характеристики, сравнимые с коммерческими платиноуглеродными катализаторами.

Процесс заряда и разряда материала Na 0,44 MnO 2 изучался в Дай Кехуа из Северо-восточного университета. Установлено, что Mn 2+ образуется на поверхности материала при низком потенциале. Фенольная смола проводящей смолы PFM может улучшить обратимую удельную емкость чистого порошка Sn. Для стабильной зарядки и разрядки. Чжуннаньский университет Xiao Zhongxing et al. спекали гидротермальным методом и высокотемпературным твердофазным методом для синтеза более чистого Na 0,44 MnO 2 , а металлический натрий использовали в качестве отрицательного электрода для сборки батарейки таблеточного типа, емкостью 0. 5 цикл C 20 раз. Коэффициент удержания составил 98,9%; Чжан Цзюньси из Шанхайского электроэнергетического колледжа синтезировал кристаллиты NaFePO 4 со структурой оливина, который использовался в качестве катодного материала для натрий-ионных аккумуляторов и обладал хорошими электрохимическими характеристиками. Доцент Дэн Цзяньцю из Университета электронных технологий Гуйлиня приготовил гидротермическим методом нанолинейный сульфид стронция и использовал его в качестве материала отрицательного электрода для натрий-ионных аккумуляторов. Материал имеет удельную емкость первого разряда 552 мАч/г при 100 мА/г. После 55 циклов сохранение емкости составляет 85,5%. Он циклируется 40 раз при 2 А/г и возвращается к 100 мА/. Ток g и удельная емкость разряда восстанавливаются до 580 мАч/г, что указывает на хорошие циклические характеристики материала отрицательного электрода и структура может быть сохранена стабильной после большого текущего цикла.

Исследования литий-серных аккумуляторов в настоящее время сосредоточены на электродных материалах, таких как пористые углеродные материалы, композитные материалы и т. д., с целью повышения безопасности аккумуляторов, срока службы и плотности энергии. Углеродный материал, разработанный Чжаном Хунчжаном из Даляньского института химической физики Китайской академии наук, имеет большой объем пор (> 4,0 см 3 /г), высокую удельную поверхность (> 1 500 м 2 г), и высокое содержание серы (>70%). В условиях высокого содержания серы (3 мг/см 2 ) удельная емкость разряда 0,1 Кл составляет 1 200 мАч/г; Профессор Чен Юн из Хайнаньского университета использует двумерную аккордеонную структуру Ti 3 C 2 в качестве материала положительного электрода. В сочетании с серой для получения композита S/Ti 2 C 3 начальная удельная емкость разряда достигала 1 291 мАч/г при токе 200 мАч/г, а обратимая удельная емкость цикла по-прежнему составляла 970 мАч/г.

Исследователь Чжан Хуамин из Даляньского института химии и физики Китайской академии наук выступил с докладом о ходе исследований и применении технологии накопления энергии в жидких батареях, а также представил ход разработки электролита для жидких батарей, нефторид-ионной проводящей мембраны и высокоэффективных аккумуляторов. конкретный энергетический реактор. И результаты исследований в системе проточной батареи. Они разработали проточную батарею класса высокой мощности мощностью 32 кВт, которая заряжалась и разряжалась при плотности тока 120 мА/см 2 с энергоэффективностью 81,2%, что позволяло осуществлять крупномасштабное производство, из которых 5 МВт/10 МВтч протекают. батарея Система накопления энергии реализована в сети.

Литий-ионные аккумуляторы, суперконденсаторы и топливные элементы по-прежнему находятся в центре внимания исследований аккумуляторов; другие батареи, такие как натрий-ионные батареи, проточные батареи и литий-серные батареи, также развиваются. Текущие исследования различных типов батарей по-прежнему направлены на разработку электродных материалов для достижения более высокой емкости, эффективности, производительности цикла и показателей безопасности.

Введение во все материалы с твердым электролитом