2018 Enerji Depolama ve Güç Pili Üzerine Araştırma İlerlemesi 1

1. 1 katot malzemesi

Lityum iyon pil katot malzemeleri esas olarak lityum açısından zengin manganez bazlı malzemeler, üçlü kompozit malzemeler, spinel tipi LiMn 2 O 4, lityum demir fosfat ve lityum nikel manganez oksit olarak ayrılır. Li bakımından zengin manganez bazlı katı çözelti katot malzemesi Li 1 + x M 1 – x O 2 (M, Ni, Co ve Mn gibi bir geçiş metalidir) yüksek özgül kapasiteli (> 200 mAh/g), yüksek enerji yoğunluğu, düşük maliyet ve çevre koruma Dostu, vb., ancak düşük ilk deşarj verimliliği, düşük kulombik verimlilik, zayıf çevrim ömrü, yetersiz yüksek sıcaklık performansı ve düşük hız performansı gibi eksiklikler var. Çin Bilimler Akademisi Fizik Enstitüsü'nden araştırmacı Wang Zhaoxiang, deneysel araştırmayı teorik hesaplamalarla birleştiriyor. Mn göçünün itici gücünün araştırılmasından yola çıkan bu makale, Mn göçünün neden olduğu bir dizi sorunu incelemekte ve Mn göçünü engellemek için bir yöntem önermektedir. Xiangtan Üniversitesi'nden Profesör Wang Xianyou, malzeme yapısı ve performans arasındaki ilişkiden başladı ve malzeme yapısını, tasarım malzemesi bileşimini (O fazlalığı), malzeme faz bileşimini kontrol ederek (Co-doped) ve yüzey modifikasyonunu (polianilin ile kaplanmış) optimize ederek geliştirildi ve geliştirildi. . Lityum malzeme performansının yolu. Kaplama modifikasyonunda, Changsha Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden Profesör Chen Zhaoyong, derinlemesine bir çalışma yürüttü: lityum açısından zengin manganez bazlı katot malzemesinin yüzeyinde mikro gözenekli bir Al 2 O 3 /PAS çift katmanlı kaplama yapısı inşa edildi. ve katot malzemesi 0.1 C hızındaydı. Spesifik kapasite 280 mAh/g'a kadar ve 0.2 C'de 100 döngüden sonra hala 98% kapasite tutma var ve malzemenin yapısal dönüşümü yok. Ni-Co-Mn üçlü katot malzemesi araştırması, kapasiteyi, döngü özelliklerini ve oran performansını daha da geliştirmek için esas olarak bileşim ve hazırlama koşulları, kaplama veya doping modifikasyonu vb.'nin optimize edilmesine odaklanır. İlk deşarj spesifik kapasitesinin ilk deşarj spesifik kapasitesi 209. 4 mAh/g, 1.0 C. Malzemenin ilk deşarj spesifik kapasitesi 0.1 C mAh/g, 1.0 C. 7%。 Kapasite tutma 95.5% oranı, yüksek sıcaklıklarda kapasite tutma oranı hala 87.7%. Kaplama malzemesi ayrıca, üçlü pozitif elektrot malzemesinin stabilitesini iyileştirebilen LiTi02, Li2Zr03 veya benzeri olabilir. Katı faz yanma sentezi ile spinel LiMn 2 O 4'ün hazırlanması, reaksiyon sıcaklığını azaltabilir, reaksiyon hızını hızlandırabilir ve ürünün kristal yapısını iyileştirebilir. Spinel LiMn 2 O 4'ü modifiye etmek için ana yöntemler, ZnO, Al2O3 kaplama, Cu, Mg ve Al doping gibi kaplama ve dopingdir. Lityum demir fosfatın modifikasyonundan bahsedilmiştir. Kullanılan yöntemler, element birlikte katkılama (vanadyum iyonu ve titanyum iyonu gibi), ferrosen ve diğer katalitik grafitizasyon katkı maddelerinin eklenmesi ve grafen, karbon nanotüpler ve benzerleriyle birleştirmedir. Lityum nikel manganat katot malzemeleri için, modifikasyon ve kaplama doping yapılarak ve sentez yöntemleri ve prosesleri geliştirilerek yüksek sıcaklık kararlılığı da geliştirilebilir. Diğer araştırmacılar, 850 mAh/g başlangıç deşarj özgül kapasitesi olan karbonil konjuge ftalosiyanin bileşikleri gibi bazı başka katot malzemeleri türleri önermişlerdir; grafen-mezogözenekli karbon/selenyum (G-MCN/Se) üçlü Kompozit film pozitif elektrot için, selenyum içeriği 62% olduğunda, 1 C'nin ilk deşarj spesifik kapasitesi 432 mAh/g idi ve sonrasında 385 mAh/g'de kaldı. 1 300 döngü, iyi döngü kararlılığı gösterir.

1.2 Anot malzemesi

Grafit malzemeleri şu anda ana anot malzemeleridir, ancak araştırmacılar diğer anot malzemelerini araştırmaktadır. Katot malzemesiyle karşılaştırıldığında, anot malzemesinin belirgin bir araştırma sıcak noktası yoktur. Elektrolit, pilin ilk döngüsü sırasında bir katı elektrolit faz arayüzü (SEI) zarı oluşturmak için grafit anodun yüzeyinde indirgeyici bir şekilde ayrışır, bu da ilk geri dönüşü olmayan kapasite kaybına neden olur, ancak SEI zarı elektrolitin devam etmesini engelleyebilir. Grafit yüzeyinde ayrışır, böylece elektrotu korur. Rol. Güney Çin Normal Üniversitesi'nden Zhang Ting, grafit anot ve elektrolit arasındaki uyumluluğu iyileştirmek ve pilin elektrokimyasal performansını iyileştirmek için SEI film oluşturucu katkı maddesi olarak dimetil sülfit ekledi. Bazı araştırmacılar, anot malzemeleri olarak nano-titanat-karbon kompozitleri kullanmış ve hız performansını ve döngü kararlılığını iyileştirmek için magnetron püskürtme ile ZnO, Al203 ve diğer malzemelerle kaplanmıştır; sprey kurutma pirolizi Yöntemle hazırlanan silikon-karbon kompozit anot malzemesinin ilk deşarj spesifik kapasitesi 1 033. 100 mA/g akımda 2 mAh/g ve 77.3%'lik bir ilk şarj ve deşarj verimliliği; kendinden destekli esnek silikon/grafen Kompozit film anot malzemesi 100 mA/g akımda 50 kez çevrildi, spesifik kapasite hala 1 500 mAh/g idi ve kulombik verim 99% veya daha fazlasında stabilize edildi. Bunun nedeni, grafen levhaların yüksek elektriksel iletkenliğe ve esnekliğe sahip olmasıdır.

1.3 lityum iyon pil

Elektrolit Geleneksel karbonat elektrolit sisteminin yanıcılık ve zayıf termal kararlılık gibi sorunları vardır. Parlama noktası yüksek, alev almaz, geniş elektrokimyasal kararlılık penceresi ve geniş sıcaklık uyarlanabilirliği olan bir elektrolit sistemi geliştirir. Lityum iyon piller için önemli bir malzemedir.

2 NiMH pil

Nikel-metal hidrit pillerdeki bir araştırma noktası, hidrojen depolama alaşımlı malzemelerdir. Guangxi Üniversitesi'nden Profesör Guo Jin, sıvı nitrojen sıcaklığındaki hızlı soğutmanın ve mekanik bilyalı öğütmenin denge dışı muamelesinin Mg 17 Al 12 alaşımının hidrojen depolama performansını düzenlediğine inanıyor. Guangxi Üniversitesi'nden Doçent Lan Zhiqiang, Mg 90 Li 1 – x Si x (x =0, 2, 4 ve 6) kompozit hidrojen depolama malzemeleri hazırlamak için mekanik alaşımlama ile birleştirilmiş ısıl işlem sürecini kullandı ve bu malzemeye Si'nin eklenmesini inceledi. Mg-Li sisteminin katı çözelti depolaması. Hidrojen performansının etkisi. Nadir toprak elementlerinin eklenmesi, hidrojen absorpsiyon ve desorpsiyon döngüsü sırasında amorfizasyon fenomenini ve alaşım bileşiminin orantısızlaşma sürecini engelleyebilir ve alaşımın geri dönüşümlü hidrojen absorpsiyonunu ve desorpsiyonunu artırabilir. Piyasadaki geleneksel hidrojen depolama alaşım malzemeleri çoğunlukla nadir toprak elementleri (La) ile katkılıdır. , Ce, Pr, Nd, vb.), ancak Pr ve Nd'nin fiyatı daha yüksektir. Zhu Xilin, bir nikel-hidrojen pilinde Pr ve Nd ile katkılı olmayan bir AB 5 hidrojen depolama alaşımının uygulamasını bildirdi. Elektrikli otobüse uygulanan kare pil 100.000 km güvenli bir şekilde çalıştırılmıştır. Hidrojen depolama malzemeleri için başka bir araştırma sıcak noktası, Mg(BH 2 ) 2 -2LiH, 4MgH 2 – Li 3 AlH6 , Al-Li 3 AiH 6 ve NaBH 4 -CO(NH 2 ) 2 gibi metal nitrojen hidritleridir. Partikül boyutunun küçültülmesi ve bir alkali metal katkı maddesinin eklenmesi, metal koordinasyonlu hidrojen depolama malzemesinin hidrojen depolama performansını iyileştirebilir, burada partikül boyutu azaltılır, bu esas olarak yüksek enerjili mekanik bilyalı öğütme ile sağlanır. Guilin Elektronik Teknolojisi Üniversitesi'nden Profesör Sun Lixian tarafından bildirilen Amin-Decorated12-Connected MOF CAU-1 malzemesi, CO2 emisyonunun azaltılması ve hidrojen depolaması için büyük önem ve uygulama değeri olan mükemmel H 2 , CO 2 ve metanol adsorpsiyon özelliklerine sahiptir. . Ayrıca 4MgH2-Li3AlH6, Al-Li3AiH6 ve NaBH4-CO(NH2)2 gibi çeşitli alüminyum bazlı alaşımlı hidrojen üreten malzemeler yakıt pilleriyle birlikte kullanılmaktadır.

3 süper kapasitör

Yüksek hız performansına ve uzun çevrim ömrüne sahip elektrot malzemelerinin araştırılması, aralarında gözenekli karbon malzemeleri, biyokütle karbon malzemeleri ve karbon kompozit malzemeler gibi karbon malzemelerinin en yaygın süper kapasitör elektrot malzemeleri olduğu süper kapasitörler üzerine araştırmaların odak noktasıdır. Bazı araştırmacılar nano gözenekli karbon aerojel malzemeleri hazırladılar ve iyi elektrokimyasal kapasitans özelliklerinin üç boyutlu ağ iskelet yapısından ve ultra yüksek spesifik yüzey alanından geldiğini kanıtladılar. Huazhong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden Nie Pengru, üç boyutlu bir gözenekli karbon malzeme elde etti ve bunu, sitrik asit ıslak liç ile atık kurşun-asit pilleri geri kazanma sürecinde süper kapasitörler için bir elektrot malzemesi olarak kullandı. Bu yöntem, enerji depolama endüstrisi ile çevre koruma endüstrisinin yakın entegrasyonunu teşvik edebilir ve iyi ekolojik ve çevresel faydalar sağlayabilir. Araştırmacılar ayrıca süper kapasitörler için elektrot malzemeleri olarak farklı biyokütle karbon malzemelerinin (sakaroz, polen, alg vb.) kullanımını araştırdı. Kompozit malzemeler açısından, araştırmacılar sandviç şeklinde bir MoO 3 /C kompozit malzeme tasarladılar, α-MoO 3 katmanı ve grafen katmanı, mükemmel elektrokimyasal özelliklere sahip olan yatay olarak serpiştirilmiş ve istiflenmiştir; grafen/karbon kuantum nokta kompozit Malzeme, 0,5 A/g akımda 256 F/g spesifik kapasitansa sahip bir elektrot malzemesi olarak da kullanılabilir. Shaanxi Normal Üniversitesi'nden Profesör Liu Zonghuai, 456 m2/g spesifik yüzey alanına ve 0.25 A/g akımda 281 F/g spesifik kapasitansa sahip manganez oksit nanoparçacıklarından bir araya getirilen mezogözenekli bir manganez oksit nanoelektrot malzemesi hazırladı. Güney Çin Teknoloji Üniversitesi'nden Liu Peipei, 11 A/g akımda 6 F/g spesifik kapasitansa ve kapasitans tutma oranına sahip üç boyutlu nano-çiçekli NiO-Co 3 O 4 kompozit malzeme hazırladı. 1.500 devir. 94. 0%; Nankai Üniversitesi'nden Wang Yijing, farklı morfolojilere sahip NiCo 2 O 4 malzemelerinin büyüme mekanizmasını, mikro yapısını ve performansını inceledi. Chongqing Sanat ve Bilim Üniversitesi'nden Tang Ke, eşdeğer direnç ve şarj akımı arasındaki ilişkiyi analiz etti. Eşdeğer devre modeli, süperkapasitörün akımla kapasitans, depolama kapasitesi ve şarj verimliliğinin değişimini incelemek için kullanıldı. Süperkapasitörün sıcaklık depolama performansı tartışıldı. Darbe.

4 yakıt hücresi

Proton değişim membranlı yakıt hücrelerinin (PEMFC) ticarileştirilmesi öncelikle maliyet ve uzun ömür ile sınırlıdır. PEMFC'de kullanılan katalizör esas olarak Pt gibi asil bir metal olduğundan, maliyetlidir ve çalışma ortamında kolayca bozunur, bu da katalitik aktivitede bir azalmaya neden olur. Çin Bilimler Akademisi Dalian Kimyasal Fizik Enstitüsü'nden araştırmacı Shao Zhigang, kullanılan Pt miktarını azaltmak ve katalizörün aktivitesini artırmak için Pd'yi tanıtan bir Pd-Pt çekirdek-kabuk katalizörü bildirdi. Ek olarak, araştırmacılar, yüksek aktivite ve yüksek stabiliteye sahip PEMFC metal oksijen indirgeme katalizörü elde etmek için polimer stabilizasyonu, yüzey gruplaması ve metal yüzey karbon küme modifikasyonu kullanarak metal ve taşıyıcı arasındaki etkileşimi geliştirdiler. Pekin Teknoloji Enstitüsü'nden Cao Tai, üstte kobalt nanoparçacıkları olan tek tip, nitrojen katkılı, bambu şekilli karbon nanotüplerin sentezi için hafif, düşük maliyetli ve büyük ölçekli bir sentez yöntemi tanıttı. Ürünler mükemmel özelliklere sahiptir. Redoks katalitik aktivite. Yakıt pilleri için geleneksel platin bazlı katalizörlerin yerini alabilecek karbon bazlı katalizörler ve diğer platin olmayan katalizörler, hidrotermal karbonizasyon, yüksek sıcaklıkta termal parçalama vb. ile elde edilir ve ticari platin karbon katalizörleriyle karşılaştırılabilir performansa sahiptir.

5 diğer piller

5. 1 sodyum iyon pil

Northeastern Üniversitesi'nden Dai Kehua'da Na 0.44 MnO 2 malzemesinin şarj ve deşarj süreci çalışıldı. Malzemenin yüzeyinde düşük potansiyelde Mn2+ oluştuğu tespit edildi. İletken reçine fenolik reçine PFM, saf Sn tozunun geri dönüşümlü spesifik kapasitesini iyileştirebilir. Kararlı şarj ve deşarj elde etmek için. Zhongnan Üniversitesi Xiao Zhongxing ve ark. yüksek saflıkta Na 0.44 MnO 2 sentezlemek için hidrotermal yöntem ve yüksek sıcaklık katı faz yöntemi ile sinterlendi ve 0 kapasiteli düğme tipi bir pili birleştirmek için negatif elektrot olarak metal sodyum kullanıldı. 5 C döngüsü 20 kez. Tutma oranı 98.9% idi; Shanghai Electric Power College'dan Zhang Junxi, sodyum iyon piller için katot malzemesi olarak kullanılan ve iyi elektrokimyasal performansa sahip olan olivin yapısının NaFePO 4 kristalitlerini sentezledi. Guilin Elektronik Teknolojisi Üniversitesi'nden Doçent Doktor Deng Jianqiu, hidrotermal yöntemle nano-doğrusal bir stronsiyum sülfit hazırladı ve bunu sodyum iyon piller için negatif elektrot malzemesi olarak kullandı. Malzemenin ilk deşarj spesifik kapasitesi 100 mA/g'da 552 mAh/g'dir. 55 döngüden sonra kapasite tutma 85.5%'dir. 2 A/g'de 40 kez çevrilir ve 100 mA/'ye döner. g'nin akımı ve deşarjın özgül kapasitesi 580 mAh/g'ye geri yüklenir, bu, negatif elektrot malzemesinin döngü performansının iyi olduğunu gösterir ve Yapı, büyük bir akım döngüsünden sonra sabit tutulabilir.

5. 2 adet lityum-kükürt pil

Lityum-kükürt piller üzerine araştırmalar şu anda pil güvenliğini, çevrim ömrünü ve enerji yoğunluğunu iyileştirmeyi amaçlayan gözenekli karbon malzemeleri, kompozit malzemeler vb. gibi elektrot malzemelerine odaklanmaktadır. Çin Bilimler Akademisi Dalian Kimyasal Fizik Enstitüsü'nden Zhang Hongzhang tarafından geliştirilen karbon malzemesi büyük bir gözenek hacmine (> 4.0 cm3/g), yüksek bir özgül yüzey alanına (>1 500 m 2 g), ve yüksek kükürt içeriği (>70%). Yüksek kükürt içeriği (3 mg/cm2) koşulu altında, 0.1 C deşarjın spesifik spesifik kapasitesi 1 200 mAh/g'dir; Hainan Üniversitesi'nden Profesör Chen Yong, pozitif elektrot malzemesi olarak iki boyutlu akordeon yapısının Ti 3 C2'sini kullanıyor. S/Ti 2C3 kompoziti elde etmek için kükürt ile birleştiğinde, ilk deşarj spesifik kapasitesi 200 mAh/g akımda 1291 mAh/g'ye ulaştı ve çevrimin tersinir spesifik kapasitesi hala 970 mAh/g idi.

5. 3 akışlı pil

Çin Bilimler Akademisi Dalian Kimya ve Fizik Enstitüsü'nden araştırmacı Zhang Huamin, sıvı pil enerji depolama teknolojisinin araştırma ilerlemesi ve uygulaması hakkında bir rapor verdi ve sıvı pil elektroliti, florür olmayan iyon iletken membran ve yüksek geliştirme ilerlemesini tanıttı. özel güç reaktörü. Ve araştırma sonuçları akış pil sisteminde. 120 mA/cm2 akım yoğunluğunda 81.2% enerji verimliliği ile şarj ve deşarj edilen, 5 MW/10 MWh akış olmak üzere büyük ölçekli üretime olanak sağlayan 32 kW sınıfı yüksek güç yoğunluklu akışlı bir akü grubu geliştirdiler. pil Enerji depolama sistemi şebekede uygulandı.

6. Sonuç

Lityum iyon piller, süper kapasitörler ve yakıt hücreleri, piller üzerine yapılan araştırmaların odak noktası olmaya devam ediyor; sodyum iyon piller, akış piller ve lityum kükürt piller gibi diğer piller de gelişmektedir. Çeşitli pil türlerinin mevcut araştırma odağı, daha yüksek kapasite, verimlilik, çevrim performansı ve güvenlik performansı elde etmek için hala elektrot malzemeleri geliştirmektir.
Tüm katı elektrolit malzemelerine giriş

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir