1. 1阴极材料

锂离子电池正极材料主要分为富锂锰基材料,三元复合材料,尖晶石型LiMn 2 O 4,磷酸铁锂和锂镍锰氧化物。高比容量(> 200 mAh / g),高能量密度的富锂锰基固溶体正极材料Li 1 + x M 1-x O 2(M是诸如Ni,Co和Mn的过渡金属),成本低,环保友好等优点,但存在诸如初次放电效率低,库仑效率低,循环寿命差,高温性能不理想和低倍率性能等缺点。中国科学院物理研究所研究员王兆祥将实验研究与理论计算相结合。通过对锰迁移的驱动力的探讨,研究了由锰迁移引起的一系列问题,提出了抑制锰迁移的方法。湘潭大学王先友教授从材料结构与性能的关系出发,通过优化材料结构,设计材料成分(O过量),控制材料相成分(共掺杂)和表面改性(涂有聚苯胺)进行改进和改进。 。锂材料性能的方式。在涂层改性中,长沙理工大学的陈兆勇教授进行了深入的研究:在富锂锰基正极材料表面构建了微孔Al 2 O 3 / PAS双层包覆结构。 ,阴极材料的速率为0.1C。比容量高达280 mAh / g,并且在0. 2 C下循环100次后,仍保留了98%的容量,并且没有材料的结构转变。 Ni-Co-Mn三元正极材料的研究主要集中在优化组成和制备条件,涂层或掺杂改性等方面,以进一步提高容量,循环特性和倍率性能。第一次放电比容量为209. 4 mAh / g,1。0C。材料的第一次放电比容量为0. 1 C mAh / g,1。0 C. 7%。容量保持率速率为95. 5%,高温下的容量保持率仍为87.7%。涂层材料也可以是LiTiO 2,Li 2 ZrO 3等,其可以改善三元正极材料的稳定性。通过固相燃烧合成制备尖晶石LiMn 2 O 4可以降低反应温度,加快反应速率,改善产物的晶体结构。改性尖晶石LiMn 2 O 4的主要方法是涂覆和掺杂,例如涂覆ZnO,Al 2 O 3,掺杂Cu,Mg和Al。提及了磷酸锂铁的改性。使用的方法是元素共掺杂(例如钒离子和钛离子),添加二茂铁和其他催化石墨化添加剂,以及与石墨烯,碳纳米管等复合。对于锰酸锂镍正极材料,还可以通过掺杂改性和涂覆以及改进合成方法和工艺来改善高温稳定性。其他研究人员提出了其他一些类型的阴极材料,例如羰基共轭酞菁化合物,其初始放电比容量为850 mAh / g。石墨烯-介孔碳/硒(G-MCN / Se)三元系复合膜正极,硒含量为62%时,其1 C的首次放电比容量为432 mAh / g,之后为385 mAh / g。 1300次循环,显示出良好的循环稳定性。

1.2阳极材料

石墨材料是目前的主要阳极材料,但研究人员一直在探索其他阳极材料。与正极材料相比,负极材料没有明显的研究热点。在电池的第一个循环过程中,电解质将在石墨阳极的表面上还原分解,形成固态电解质相界面(SEI)膜,从而导致第一个不可逆的容量损失,但SEI膜可防止电解质继续流失。在石墨表面分解,从而保护电极。角色。华南师范大学的张婷添加了亚硫酸二甲酯作为SEI的成膜添加剂,以改善石墨阳极与电解质之间的相容性并改善电池的电化学性能。一些研究人员已经使用纳米钛酸盐-碳复合材料作为阳极材料,并通过磁控溅射法涂覆了ZnO,Al 2 O 3等材料,以提高倍率性能和循环稳定性。喷雾干燥热解通过该方法制备的硅碳复合负极材料在电流为100 mA / g时的第一放电比容量为1033. 2 mAh / g,第一充放电效率为77.3%。自支撑柔性硅/石墨烯复合薄膜阳极材料在100 mA / g的电流下循环50次,比容量仍为1500 mAh / g,库仑效率稳定在99%或更高。原因是石墨烯片具有高导电性和挠性。

1.3锂离子电池

电解质传统的碳酸盐电解质系统存在易燃性和热稳定性差的问题。它开发了一种具有高闪点,不燃性,宽电化学稳定性窗口和宽温度适应性的电解质体系。它是锂离子电池的关键材料。

2个镍氢电池

镍氢电池的研究热点是储氢合金材料。广西大学郭进教授认为,液氮温度下的快速冷却和机械球磨的不平衡处理可以调节Mg 17 Al 12合金的储氢性能。广西大学兰志强副教授采用热处理工艺与机械合金化相结合的方法制备了Mg 90 Li 1 – x Si x(x = 0、2、4和6)复合储氢材料,并研究了Si的添加Mg-Li系统的固溶体存储。氢性能的影响。稀土元素的引入可以抑制合金在氢的吸收和解吸循环中的非晶化现象和歧化过程,并增加合金的可逆氢吸收和解吸。市场上的常规储氢合金材料主要掺杂有稀土元素(La)。 (例如Ce,Pr,Nd等),但Pr和Nd的价格较高。朱锡林报道了在镍氢电池中应用不掺Pr和Nd的AB 5储氢合金的应用。应用于电动客车的方形电池已经安全运行了100 000 km。储氢材料的另一个研究热点是金属氢化物,例如Mg(BH 2)2 -2LiH,4MgH 2-Li 3 AlH 6,Al-Li 3 AliH 6和NaBH 4 -CO(NH 2)2。减小粒度并添加碱金属添加剂可以改善金属配位储氢材料的储氢性能,其中减小了粒度,这主要是通过高能机械球磨来实现的。桂林电子科技大学孙立先教授报道的胺修饰的12连接MOF CAU-1材料具有优异的H 2,CO 2和甲醇吸附性能,对于减少CO 2的排放和储氢具有重要的意义和应用价值。他们还开发了多种铝基合金制氢材料,例如4MgH 2 -Li 3 AlH 6,Al-Li 3 AliH 6和NaBH 4 -CO(NH 2)2与燃料电池结合使用。

3个超级电容器

寻求高性能和长寿命的电极材料是超级电容器研究的重点,其中碳材料是最常见的超级电容器电极材料,例如多孔碳材料,生物质碳材料和碳复合材料。一些研究人员已经制备了纳米多孔碳气凝胶材料,并证明了良好的电化学电容特性来自三维网络骨架结构和超高比表面积。华中科技大学聂鹏儒获得了三维多孔碳材料,并将其用作柠檬酸湿浸法回收废铅酸电池过程中超级电容器的电极材料。这种方法可以促进储能产业与环保产业的紧密结合,并产生良好的生态和环境效益。研究人员还探索了使用不同的生物质碳材料(蔗糖,花粉,藻类等)作为超级电容器的电极材料。在复合材料方面,研究人员设计了一种夹心形的MoO 3 / C复合材料,α-MoO3层和石墨烯层水平交叠堆叠,具有优良的电化学性能。石墨烯/碳量子点复合材料该材料还可用作电极材料,在0.5 A / g的电流下的比电容为256 F / g。陕西师范大学刘宗怀教授制备了介孔锰氧化物纳米电极材料,该材料由锰氧化物纳米颗粒组装而成,其比表面积为456 m 2 / g,比电容为281 F / g,电流为0.25 A / g。华南理工大学的刘培培制备了一种三维纳米开花的NiO-Co 3 O 4复合材料,该材料的比电容为1988。6F / g的电流为11 A / g,电容保持率1,500个周期。 94. 0%;南开大学的王一静研究了不同形貌的NiCo 2 O 4材料的生长机理,微观结构和性能。重庆文理学院的唐科分析了等效电阻与充电电流之间的关系。用等效电路模型研究了超级电容器的电容,存储容量和充电效率随电流的变化。讨论了超级电容器的温度存储性能。影响。

4燃料电池

质子交换膜燃料电池(PEMFC)的商业化主要受到成本和寿命的限制。由于PEMFC中使用的催化剂主要是贵金属,例如Pt,因此在工作环境中其价格昂贵且容易降解,导致催化活性降低。中国科学院大连化学物理研究所的邵志刚研究员报道了一种Pd-Pt核壳催化剂,该催化剂引入Pd可以减少Pt的用量并提高催化剂的活性。此外,研究人员通过使用聚合物稳定化,表面分组和金属表面碳簇修饰来改善金属与载体之间的相互作用,以获得具有高活性和高稳定性的PEMFC金属氧还原催化剂。北京理工大学的曹泰介绍了一种轻量级,低成本,大规模的合成方法,用于合成顶部均带有钴纳米粒子的均匀氮掺杂竹形碳纳米管。该产品具有优良的性能。氧化还原催化活性。通过水热碳化,高温热裂化等获得的碳基催化剂和用于燃料电池的其他非铂催化剂可以代替常规的铂基催化剂,并且具有与商业铂碳催化剂相当的性能。

5个其他电池

5. 1个钠离子电池

Na 0. 44 MnO 2材料的充放电过程在东北大学戴克华研究。已经发现,Mn 2 +在低电位下形成在材料表面上。导电树脂酚醛树脂PFM可以提高纯锡粉的可逆比容量。实现稳定的充放电。中南大学肖中兴等。通过水热法和高温固相法烧结得到高纯度的Na 0. 44 MnO 2,并以金属钠为负极组装纽扣型电池,容量为0。 5 C循环20次。保留率为98.9%;上海电力学院张俊喜合成了橄榄石结构的NaFePO 4微晶,用作钠离子电池的正极材料,具有良好的电化学性能。桂林电子科技大学邓建秋副教授通过水热法制备了纳米线性硫化锶,并将其用作钠离子电池的负极材料。该材料在100 mA / g时的第一放电比容量为552 mAh / g。 55个循环后,容量保留率为85.5%。它以2 A / g循环40次,然后返回100 mA / g的电流和放电的比容量恢复到580 mAh / g,表明负极材料的循环性能良好,并且负极材料的循环性能良好。大电流循环后,结构可以保持稳定。

5. 2锂硫电池

锂硫电池的研究目前集中在电极材料上,例如多孔碳材料,复合材料等,旨在提高电池安全性,循环寿命和能量密度。中国科学院大连化学物理研究所张洪章开发的碳材料具有大的孔体积(> 4. 0 cm 3 / g),高的比表面积(> 1500 m 2 g),硫含量高(> 70%)。在高硫含量(3 mg / cm 2)的条件下,0.1 C放电的比容量为1200 mAh / g。海南大学陈勇教授使用二维手风琴结构的Ti 3 C 2作为正极材料。与硫结合得到S / Ti 2 C 3复合材料,在200 mAh / g的电流下,初始放电比容量达到1291 mAh / g,循环的可逆比容量仍为970 mAh / g。

5. 3节电池

中国科学院大连化学物理研究所张华民研究员就液体电池储能技术的研究进展和应用情况作了汇报,并介绍了液体电池电解质,非氟离子导电膜和高分子电池的发展进展。特定功率反应堆。液流电池系统的研究成果。他们开发了一种32 kW级高功率密度液流电池组,该电池组以120 mA / cm 2的电流密度进行充电和放电,能效为81.2%,可实现大规模生产,其中流量为5 MW / 10 MWh电池储能系统已在电网上实施。

六,结论

锂离子电池,超级电容器和燃料电池仍然是电池研究的重点。其他电池,例如钠离子电池,液流电池和锂硫电池也在不断发展。当前,各种类型电池的研究重点仍是开发电极材料,以实现更高的容量,效率,循环性能和安全性能。
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