Tiến độ nghiên cứu năm 2018 về lưu trữ năng lượng và pin nguồn 1

1. 1 vật liệu cathode

Vật liệu làm catốt của pin lithium-ion chủ yếu được chia thành vật liệu dựa trên mangan giàu lithium, vật liệu composite bậc ba, LiMn 2 O 4 kiểu spinel, lithium sắt phosphate và lithium niken mangan oxit. Vật liệu làm catốt dung dịch rắn gốc mangan giàu Li Li 1 + x M 1 - x O 2 (M là kim loại chuyển tiếp như Ni, Co và Mn) có dung lượng riêng cao (> 200 mAh / g), mật độ năng lượng cao, chi phí thấp và bảo vệ môi trường Thân thiện, v.v., nhưng có những khuyết điểm như hiệu suất xả ban đầu thấp, hiệu suất tổng hợp thấp, vòng đời kém, hiệu suất nhiệt độ cao không đạt yêu cầu và hiệu suất tốc độ thấp. Nhà nghiên cứu Wang Zhaoxiang từ Viện Vật lý, Viện Khoa học Trung Quốc kết hợp nghiên cứu thực nghiệm với tính toán lý thuyết. Từ việc tìm hiểu động lực của sự di chuyển Mn, bài báo này nghiên cứu một loạt các vấn đề do sự di chuyển Mn và đề xuất phương pháp ức chế sự di chuyển Mn. Giáo sư Wang Xianyou của Đại học Xiangtan bắt đầu từ mối quan hệ giữa cấu trúc vật liệu và hiệu suất, và cải tiến và cải thiện bằng cách tối ưu hóa cấu trúc vật liệu, thành phần vật liệu thiết kế (O dư thừa), kiểm soát thành phần pha vật liệu (pha tạp) và sửa đổi bề mặt (phủ polyaniline) . Cách thực hiện vật liệu liti. Trong việc sửa đổi lớp phủ, Giáo sư Chen Zhaoyong của Đại học Khoa học và Công nghệ Trường Sa đã tiến hành một nghiên cứu chuyên sâu: một cấu trúc tấm phủ hai lớp vi xốp Al 2 O 3 / PAS được xây dựng trên bề mặt của vật liệu cathode giàu lithium mangan , và vật liệu làm catốt có tốc độ 0,1 C. Dung lượng riêng lên đến 280 mAh / g, và sau 100 chu kỳ ở 0, 2 C, vẫn còn dung lượng 98% và không có sự biến đổi cấu trúc của vật liệu. Việc nghiên cứu vật liệu catốt bậc ba Ni-Co-Mn chủ yếu tập trung vào việc tối ưu hóa thành phần và điều kiện chuẩn bị, sửa đổi lớp phủ hoặc pha tạp, v.v., nhằm nâng cao hơn nữa công suất, đặc tính chu trình và hiệu suất tốc độ. Công suất riêng lần phóng điện thứ nhất công suất riêng lần phóng điện thứ nhất là 209. 4 mAh / g, 1. 0 C. Dung lượng riêng lần phóng điện thứ nhất của vật liệu là 0. 1 C mAh / g, 1. 0 C. 7%。 Dung lượng duy trì tỷ lệ 95. 5%, tỷ lệ duy trì dung lượng ở nhiệt độ cao vẫn là 87,7%. Vật liệu phủ cũng có thể là LiTiO 2, Li 2 ZrO 3 hoặc loại tương tự, có thể cải thiện độ ổn định của vật liệu điện cực dương bậc ba. Điều chế spinel LiMn 2 O 4 bằng phương pháp đốt cháy tổng hợp pha rắn có thể làm giảm nhiệt độ phản ứng, đẩy nhanh tốc độ phản ứng và cải thiện cấu trúc tinh thể của sản phẩm. Các phương pháp chính để điều chỉnh Spinel LiMn 2 O 4 là phủ và pha tạp, chẳng hạn như phủ ZnO, Al 2 O 3, pha tạp Cu, Mg và Al. Việc sửa đổi lithium sắt phosphate đã được đề cập. Các phương pháp được sử dụng là đồng pha tạp nguyên tố (chẳng hạn như ion vanadi và ion titan), bổ sung ferrocene và các chất phụ gia graphit xúc tác khác, và tạo hợp chất với graphene, ống nano carbon và những thứ tương tự. Đối với vật liệu catốt lithium niken manganate, độ ổn định nhiệt độ cao cũng có thể được cải thiện bằng cách sửa đổi pha tạp và lớp phủ, đồng thời cải thiện các phương pháp và quy trình tổng hợp. Các nhà nghiên cứu khác đã đề xuất một số loại vật liệu catốt khác, chẳng hạn như các hợp chất phthalocyanin liên hợp với cacbonyl, với dung lượng cụ thể phóng điện ban đầu là 850 mAh / g; bậc ba graphene-mesopourous carbon / selen (G-MCN / Se) Đối với điện cực dương màng composite, khi hàm lượng selen là 62%, dung lượng cụ thể phóng điện đầu tiên của 1 C là 432 mAh / g, và vẫn ở 385 mAh / g sau đó 1 300 chu kỳ, cho thấy chu kỳ ổn định tốt.

1.2 Vật liệu cực dương

Vật liệu graphit hiện là vật liệu cực dương chính, nhưng các nhà nghiên cứu đã và đang khám phá các vật liệu cực dương khác. So với vật liệu làm catốt, vật liệu anode không có điểm nóng nghiên cứu rõ ràng. Chất điện phân sẽ phân hủy một cách khử trên bề mặt của cực dương graphit trong chu kỳ đầu tiên của pin để tạo thành một màng phân cách pha điện phân rắn (SEI), dẫn đến sự mất công suất không thể phục hồi đầu tiên, nhưng màng SEI có thể ngăn chất điện phân tiếp tục phân hủy trên bề mặt than chì, do đó bảo vệ điện cực. Vai trò. Zhang Ting của Đại học Sư phạm Nam Trung Quốc đã thêm dimethyl sulfite làm phụ gia tạo màng SEI để cải thiện khả năng tương thích giữa cực dương graphit và chất điện phân và cải thiện hiệu suất điện hóa của pin. Một số nhà nghiên cứu đã sử dụng vật liệu tổng hợp nano-titanate-carbon làm vật liệu cực dương, và phủ ZnO, Al 2 O 3 và các vật liệu khác bằng phún xạ magnetron để cải thiện hiệu suất tốc độ và độ ổn định chu kỳ; nhiệt phân sấy phun Vật liệu anốt hỗn hợp silic-cacbon được điều chế bằng phương pháp này có công suất riêng lần phóng thứ nhất là 1 033. 2 mAh / g ở dòng điện 100 mA / g, và hiệu suất nạp và xả lần đầu là 77,3%; silicon / graphene mềm dẻo tự hỗ trợ Vật liệu anode màng composite được quay vòng 50 lần ở dòng điện 100 mA / g, dung lượng riêng vẫn là 1 500 mAh / g và hiệu suất đồng kết hợp được ổn định ở 99% trở lên. Nguyên nhân là do các tấm graphene có độ dẫn điện và độ mềm dẻo cao.

1.3 pin lithium ion

Chất điện phân Hệ thống điện phân cacbonat truyền thống có các vấn đề như dễ cháy và kém ổn định nhiệt. Nó phát triển một hệ thống điện phân có điểm chớp cháy cao, không bắt lửa, cửa sổ ổn định điện hóa rộng và khả năng thích ứng nhiệt độ rộng. Nó là vật liệu chính cho pin lithium ion.

2 pin NiMH

Một điểm nóng nghiên cứu trong pin niken-kim loại hyđrua là vật liệu hợp kim lưu trữ hydro. Giáo sư Guo Jin của Đại học Quảng Tây tin rằng việc làm nguội nhanh ở nhiệt độ nitơ lỏng và xử lý không cân bằng trong quá trình nghiền bi cơ học điều chỉnh hiệu suất lưu trữ hydro của hợp kim Mg 17 Al 12. Phó giáo sư Lan Zhiqiang của Đại học Quảng Tây đã sử dụng quy trình xử lý nhiệt kết hợp với hợp kim cơ học để điều chế vật liệu lưu trữ hydro hỗn hợp Mg 90 Li 1 - x Si x (x = 0, 2, 4 và 6), và nghiên cứu việc bổ sung Si vào kho dung dịch rắn của hệ Mg-Li. Tác dụng của hiệu suất hiđro. Sự ra đời của các nguyên tố đất hiếm có thể ức chế hiện tượng amor hóa và quá trình mất cân đối của thành phần hợp kim trong chu trình hấp thụ và giải hấp hydro, đồng thời làm tăng khả năng hấp thụ và giải hấp hydro thuận nghịch của hợp kim. Các vật liệu hợp kim lưu trữ hydro thông thường trên thị trường hầu hết được pha tạp với các nguyên tố đất hiếm (La). , Ce, Pr, Nd, v.v.), nhưng giá của Pr và Nd cao hơn. Zhu Xilin đã báo cáo về việc ứng dụng hợp kim lưu trữ hydro AB 5 không pha tạp Pr và Nd trong pin niken-hydro. Pin vuông được áp dụng cho xe buýt điện đã được vận hành an toàn trong 100 000 km. Một điểm nóng nghiên cứu khác về vật liệu lưu trữ hydro là các hyđrua nitơ kim loại như Mg (BH 2) 2 -2LiH, 4MgH 2 - Li 3 AlH 6, Al-Li 3 AiH 6 và NaBH 4 -CO (NH 2) 2. Giảm kích thước hạt và thêm phụ gia kim loại kiềm có thể cải thiện hiệu suất lưu trữ hydro của vật liệu lưu trữ hydro phối hợp kim loại, trong đó kích thước hạt giảm, điều này chủ yếu đạt được bằng cách nghiền bi cơ năng lượng cao. Vật liệu MOF CAU-1 được trang trí 12 kết nối bằng amin do Giáo sư Sun Lixian thuộc Đại học Công nghệ Điện tử Quế Lâm báo cáo có đặc tính hấp phụ H 2, CO 2 và metanol tuyệt vời, có ý nghĩa và giá trị ứng dụng to lớn đối với việc giảm phát thải CO 2 và lưu trữ hydro . Họ cũng phát triển Một loạt các vật liệu tạo hydro bằng hợp kim nhôm, chẳng hạn như 4MgH 2 -Li 3 AlH 6, Al-Li 3 AiH 6 và NaBH 4 -CO (NH 2) 2, được sử dụng kết hợp với pin nhiên liệu.

3 siêu tụ điện

Việc tìm kiếm vật liệu điện cực có hiệu suất tốc độ cao và vòng đời dài là trọng tâm của nghiên cứu về siêu tụ điện, trong đó vật liệu carbon là vật liệu điện cực siêu tụ điện phổ biến nhất, chẳng hạn như vật liệu carbon xốp, vật liệu carbon sinh khối và vật liệu carbon composite. Một số nhà nghiên cứu đã điều chế vật liệu carbon aerogel nano và chứng minh rằng các đặc tính điện dung tốt đến từ cấu trúc khung mạng ba chiều và diện tích bề mặt riêng cực cao. Nie Pengru, Đại học Khoa học và Công nghệ Huazhong, đã thu được vật liệu carbon xốp ba chiều và sử dụng nó làm vật liệu điện cực cho siêu tụ điện trong quá trình thu hồi pin axit-chì thải bằng cách rửa trôi ướt axit xitric. Phương pháp này có thể thúc đẩy sự kết hợp chặt chẽ của ngành công nghiệp lưu trữ năng lượng và ngành công nghiệp bảo vệ môi trường, và tạo ra những lợi ích tốt về môi trường và sinh thái. Các nhà nghiên cứu cũng khám phá việc sử dụng các vật liệu carbon sinh khối khác nhau (đường sucrose, phấn hoa, tảo, v.v.) làm vật liệu điện cực cho siêu tụ điện. Về khía cạnh vật liệu composite, các nhà nghiên cứu đã thiết kế vật liệu composite MoO 3 / C hình bánh sandwich, lớp α-MoO 3 và lớp graphene được xen kẽ và xếp chồng lên nhau theo chiều ngang, có tính chất điện hóa tuyệt vời; hỗn hợp chấm lượng tử graphene / carbon Vật liệu này cũng có thể được sử dụng làm vật liệu điện cực với điện dung riêng 256 F / g ở dòng điện 0,5 A / g. Giáo sư Liu Zonghuai của Đại học Sư phạm Thiểm Tây đã chuẩn bị một vật liệu điện cực nano oxit mangan trung tính được ghép từ các hạt nano oxit mangan với diện tích bề mặt riêng là 456 m 2 / g và điện dung riêng 281 F / g với cường độ dòng điện 0,25 A / g. Liu Peipei thuộc Đại học Công nghệ Nam Trung Quốc đã điều chế vật liệu composite NiO-Co 3 O 4 có hoa nano ba chiều với điện dung riêng là 1 988. 6 F / g ở dòng điện 11 A / g và tốc độ duy trì điện dung trong số 1.500 chu kỳ. 94. 0%; Wang Yijing thuộc Đại học Nankai đã nghiên cứu cơ chế tăng trưởng, cấu trúc vi mô và hiệu suất của vật liệu NiCo 2 O 4 với các hình thái khác nhau. Tang Ke, từ Đại học Khoa học và Nghệ thuật Trùng Khánh, đã phân tích mối quan hệ giữa điện trở tương đương và dòng sạc. Mô hình mạch tương đương được sử dụng để nghiên cứu sự biến đổi của điện dung, dung lượng lưu trữ và hiệu suất sạc của siêu tụ điện với dòng điện. Hiệu suất lưu trữ nhiệt độ của siêu tụ điện đã được thảo luận. Va chạm.

4 pin nhiên liệu

Việc thương mại hóa tế bào nhiên liệu màng trao đổi proton (PEMFC) chủ yếu bị hạn chế bởi chi phí và tuổi thọ. Do xúc tác sử dụng trong PEMFC chủ yếu là kim loại quý như Pt nên rất tốn kém và dễ bị phân huỷ trong môi trường làm việc dẫn đến giảm hoạt tính của xúc tác. Nhà nghiên cứu Shao Zhigang từ Viện Vật lý Hóa học Đại Liên thuộc Viện Khoa học Trung Quốc đã báo cáo một chất xúc tác vỏ lõi Pd-Pt đưa vào Pd để giảm lượng Pt được sử dụng và tăng hoạt tính của chất xúc tác. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu đã cải thiện sự tương tác giữa kim loại và chất mang bằng cách sử dụng ổn định polyme, phân nhóm bề mặt và biến đổi cụm cacbon bề mặt kim loại để thu được chất xúc tác khử oxy kim loại PEMFC với hoạt tính cao và độ ổn định cao. Cao Tai của Học viện Công nghệ Bắc Kinh đã giới thiệu một phương pháp tổng hợp nhẹ, chi phí thấp và quy mô lớn để tổng hợp các ống nano carbon đồng nhất, pha tạp nitơ, hình tre với các hạt nano coban ở trên cùng. Các sản phẩm có đặc tính tuyệt vời. Hoạt tính xúc tác oxi hóa khử. Các chất xúc tác gốc cacbon và các chất xúc tác không phải bạch kim khác cho pin nhiên liệu, có thể thay thế các chất xúc tác dựa trên bạch kim thông thường, thu được bằng quá trình cacbon hóa thủy nhiệt, crackinh nhiệt ở nhiệt độ cao, v.v. và có hiệu suất tương đương với các chất xúc tác cacbon platin thương mại.

5 pin khác

5. 1 pin ion natri

Quá trình tích điện và phóng điện của vật liệu Na 0. 44 MnO 2 được nghiên cứu tại Dai Kehua thuộc Đại học Northeastern. Người ta nhận thấy rằng Mn 2 + được hình thành trên bề mặt vật liệu ở thế thấp. Nhựa phenolic nhựa dẫn điện PFM có thể cải thiện công suất riêng có thể đảo ngược của bột Sn nguyên chất. Để đạt được sạc và xả ổn định. Đại học Zhongnan Xiao Zhongxing et al. thiêu kết bằng phương pháp thủy luyện và phương pháp pha rắn ở nhiệt độ cao để tổng hợp Na 0. 44 MnO 2 có độ tinh khiết cao hơn, và natri kim loại được dùng làm điện cực âm để lắp ráp pin dạng nút, dung lượng 0. 5 C chu kỳ 20 lần. Tỷ lệ duy trì là 98,9%; Zhang Junxi thuộc trường Cao đẳng Điện lực Thượng Hải đã tổng hợp các tinh thể NaFePO 4 có cấu trúc olivin, được sử dụng làm vật liệu cực âm cho pin ion natri và có hiệu suất điện hóa tốt. Phó giáo sư Deng Jianqiu của Đại học Công nghệ Điện tử Quế Lâm đã điều chế một stronti sulfua tuyến tính nano bằng phương pháp thủy nhiệt và sử dụng nó làm vật liệu điện cực âm cho pin ion natri. Vật liệu có công suất cụ thể phóng điện đầu tiên là 552 mAh / g ở 100 mA / g. Sau 55 chu kỳ, dung lượng duy trì là 85,5%. Nó được quay theo chu kỳ 40 lần ở 2 A / g và trở về 100 mA / Dòng điện của g và công suất riêng của phóng điện được khôi phục về 580 mAh / g, chứng tỏ rằng hiệu suất chu kỳ của vật liệu làm điện cực âm là tốt, và cấu trúc có thể được giữ ổn định sau một chu kỳ dòng điện lớn.

5. 2 pin lithium-lưu huỳnh

Nghiên cứu về pin lithium-lưu huỳnh hiện đang tập trung vào vật liệu điện cực, chẳng hạn như vật liệu carbon xốp, vật liệu composite, v.v., nhằm nâng cao độ an toàn của pin, tuổi thọ chu kỳ và mật độ năng lượng. Vật liệu carbon do Zhang Hongzhang thuộc Viện Vật lý Hóa học Đại Liên thuộc Viện Khoa học Trung Quốc phát triển có thể tích lỗ xốp lớn (> 4. 0 cm 3 / g), diện tích bề mặt riêng cao (> 1 500 m 2 g), và hàm lượng lưu huỳnh cao (> 70%). Trong điều kiện hàm lượng lưu huỳnh cao (3 mg / cm 2), dung lượng riêng của phóng điện 0,1 C là 1 200 mAh / g; Giáo sư Chen Yong của Đại học Hải Nam sử dụng Ti 3 C 2 của cấu trúc đàn accordion hai chiều làm vật liệu điện cực dương. Kết hợp với lưu huỳnh để thu được hỗn hợp S / Ti 2 C 3, dung lượng riêng phóng điện ban đầu đạt 291 mAh / g ở dòng điện 200 mAh / g, và dung lượng riêng thuận nghịch của chu trình vẫn là 970 mAh / g.

5. 3 dòng pin

Nhà nghiên cứu Zhang Huamin đến từ Viện Hóa học và Vật lý Đại Liên, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã đưa ra báo cáo về tiến độ nghiên cứu và ứng dụng công nghệ lưu trữ năng lượng pin lỏng, đồng thời giới thiệu tiến độ phát triển của chất điện phân pin lỏng, màng dẫn ion không florua và cao công suất riêng lò phản ứng. Và kết quả nghiên cứu trong hệ thống pin lưu lượng. Họ đã phát triển một ngăn xếp pin dòng mật độ công suất cao loại 32 kW được sạc và xả ở mật độ dòng điện 120 mA / cm 2 với hiệu suất năng lượng 81,2%, cho phép sản xuất quy mô lớn, trong đó lưu lượng 5 MW / 10 MWh ắc quy Hệ thống lưu trữ năng lượng đã được thực hiện trên lưới điện.

6 Kết luận

Pin Lithium-ion, siêu tụ điện và pin nhiên liệu vẫn là trọng tâm nghiên cứu về pin; các loại pin khác, chẳng hạn như pin natri-ion, pin dòng chảy và pin lithium-lưu huỳnh, cũng đang phát triển. Trọng tâm nghiên cứu hiện tại của các loại pin khác nhau vẫn là phát triển vật liệu điện cực để đạt được công suất, hiệu suất, hiệu suất chu kỳ và hiệu suất an toàn cao hơn.
Giới thiệu về tất cả các vật liệu điện phân rắn

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *