2018 تقدم البحث في تخزين الطاقة وبطارية الطاقة

1. مادة واحدة من الكاثود تنقسم مواد الكاثود المؤدية إلى بطارية ليثيوم أيون بشكل رئيسي إلى مواد قائمة على المنغنيز الغنية بالليثيوم ، ومواد مركبة ثلاثية ، من نوع الإسبنيل LiMn 2 O 4 ، فوسفات حديد الليثيوم وأكسيد المنغنيز نيكل الليثيوم. مادة الكاثود ذات المحلول الصلب ذو أساس من المنغنيز الغنية Li 1 + x M 1 - x O 2 (M عبارة عن معدن انتقالي مثل Ni و Co و Mn) بسعة خاصة عالية (> 200 mAh / g) ، وكثافة طاقة عالية ، منخفضة التكلفة وحماية البيئة ودية ، وما إلى ذلك ، ولكن هناك أوجه قصور مثل انخفاض كفاءة التصريف الأولي ، وكفاءة منخفضة كولوم ، وسوء دورة الحياة ، وأداء غير مرضي في درجة حرارة عالية ، وأداء معدل منخفض. يجمع الباحث وانغ تشاو شيانغ من معهد الفيزياء بالأكاديمية الصينية للعلوم بين البحوث التجريبية والحسابات النظرية. من استكشاف القوة الدافعة لهجرة Mn ، تدرس هذه الورقة سلسلة من المشكلات التي تسببها Mn الهجرة وتقترح طريقة لمنع هجرة Mn. بدأ البروفيسور وانغ شيانيو من جامعة شيانغتان من العلاقة بين هيكل المواد والأداء ، وتحسنت وتحسنت من خلال تحسين هيكل المواد ، وتكوين مواد التصميم (O فائض) ، والسيطرة على تكوين طور المواد (المنشطات) وتعديل السطح (المغلفة ببوليانيلين) . طريقة أداء مادة الليثيوم. في تعديل الطلاء ، أجرى البروفيسور تشن تشاويونغ من جامعة تشانجشا للعلوم والتكنولوجيا دراسة متعمقة: تم بناء هيكل الكسوة المزدوج الطبقة Al 2 O 3 / PAS على سطح مادة الكاثود القائمة على الليثيوم المنغنيز الغنية بالليثيوم ، وكانت المادة الكاثودية عند 0.1 درجة مئوية. السعة المحددة تصل إلى 280 مللي أمبير / جم ، وبعد 100 دورة في 0. 2 مئوية ، لا يزال هناك 98 ٪ الاحتفاظ بالقدرة وليس التحول الهيكلي للمادة. يركز بحث مادة الكاثود الثلاثية Ni-Co-Mn بشكل أساسي على تحسين ظروف التركيب والتحضير ، وتعديل الطلاء أو المنشطات ، وما إلى ذلك ، من أجل زيادة تحسين السعة ، وخصائص الدورة وأداء المعدل. السعة المحددة للتصريف الأول من السعة المحددة للتفريغ هي 209. 4 مللي أمبير / جم ، 1. 0 درجة مئوية. سعة التفريغ الأولى المحددة للمادة هي 0. 1 C mAh / g ، 1. 0 C. 7٪。 السعة معدل استبقاء 95. 5 ٪ ، ومعدل الاحتفاظ بالقدرة في درجات حرارة عالية لا يزال 87.7 ٪. قد تكون مادة الطلاء أيضًا LiTiO 2 أو Li 2 ZrO 3 أو ما شابهها ، مما يمكن أن يحسن من ثبات مادة القطب الكهربائي الموجب. إن تحضير الإسبنيل LiMn 2 O 4 بتوليف احتراق الطور الصلب يمكن أن يقلل من درجة حرارة التفاعل ويسرع من معدل التفاعل ويحسن الهيكل البلوري للمنتج. الطرق الرئيسية لتعديل الإسبنيل LiMn 2 O 4 هي الطلاء والمنشطات ، مثل طلاء ZnO و Al 2 O 3 و doping Cu و Mg و Al. وذكر تعديل فوسفات الحديد الليثيوم. الأساليب المستخدمة هي العنصر المشترك في المنشطات (مثل أيون الفاناديوم وأيون التيتانيوم) ، إضافة الفيروسين وغيرها من إضافات الجرافيت الحفزية ، ومضاعفة الجرافين وأنابيب الكربون النانوية وما شابه ذلك. بالنسبة للمواد الكاثود المنغنيز الليثيوم النيكل ، يمكن أيضا تحسين الاستقرار في درجات الحرارة العالية عن طريق تعديل المنشطات والطلاء ، وتحسين أساليب التوليف والعمليات. اقترح باحثون آخرون بعض الأنواع الأخرى من مواد الكاثود ، مثل مركبات الفثالوسيانين المترافقة بالكربونيل ، مع قدرة تصريف أولية محددة تبلغ 850 مللي أمبير / ساعة ؛ جرافين ثلاثي أكسيد الكربون / السيلينيوم (G-MCN / Se) الثلاثي بالنسبة للإلكترود الموجب للفيلم المركب ، عندما كان محتوى السيلينيوم 62 ٪ ، كانت السعة المحددة الأولى للتفريغ قدرها 1 C 432 mAh / g ، وبقيت على 385 mAh / g بعد 1 300 دورة ، مما يدل على ثبات جيد للدورة .1.2 مواد الأنود: تعد مواد الجرافيت حاليًا مواد الأنود الرئيسية ، لكن الباحثين كانوا يستكشفون مواد الأنود الأخرى. بالمقارنة مع مادة الكاثود ، فإن مادة الأنود ليس لها نقطة بحث واضحة. سوف يتحلل المنحل بالكهرباء على سطح أنود الجرافيت خلال الدورة الأولى من البطارية لتشكيل غشاء صلب واجهة مرحلة المنحل بالكهرباء (SEI) ، مما ينتج عنه فقدان القدرة الأول الذي لا رجعة فيه ، لكن غشاء SEI يمكن أن يحول دون استمرار المنحل بالكهرباء تتحلل على سطح الجرافيت ، وبالتالي حماية القطب. دور. أضاف تشانغ تينغ من جامعة جنوب الصين للمعلمين ثنائي ميثيل كبريتيت كإضافة لتشكيل فيلم SEI لتحسين التوافق بين أنود الجرافيت والكهارل وتحسين الأداء الكهروكيميائي للبطارية. استخدم بعض الباحثين مركبات الكربون النانوية تيتانيت كمواد أنود ، ومغلفة بـ ZnO و Al 2 O 3 وغيرها من المواد بواسطة المغنطرون الاخرق لتحسين أداء المعدل واستقرار الدورة ؛ الانحلال الحراري التجفيف بالرش تتميز مادة الأنود المركّبة بسليكون الكربون المُعدّة بالطريقة بقدرة تفريغ أولي محددة تبلغ 1 033. 2 مللي أمبير / جم عند تيار يبلغ 100 مللي أمبير / جم ، وكفاءة شحن وتفريغ أولي تبلغ 77.3٪ ؛ السيلكون / الجرافين المرن الذاتي الدعم تم تدوير مادة أنود الغشاء المركب 50 مرة بتيار 100 مللي أمبير / جم ، وكانت السعة المحددة لا تزال 1،500 مللي أمبير / غ ، واستقرت كفاءة كولوم في 99 ٪ أو أكثر. والسبب هو أن صفائح الجرافين لديها الموصلية الكهربائية العالية والمرونة. 1.3 بطارية ليثيوم أيون بالكهرباء. يعاني نظام الإلكتروليت التقليدي بالكربونات من مشاكل مثل القابلية للاشتعال وضعف الاستقرار الحراري. إنها تطور نظام الإلكتروليت مع نقطة وميض عالية ، وعدم القابلية للاشتعال ، ونافذة استقرار كهروكيميائية عريضة ، وقابلية تكيف واسعة لدرجة الحرارة. إنها مادة أساسية لبطاريات ليثيوم أيون .2 بطارية NiMH نقطة ساخنة للبحث في بطاريات هيدريد النيكل المعدنية عبارة عن مواد سبائك تخزين الهيدروجين. يعتقد البروفيسور قوه جين من جامعة قوانغشي أن التبريد السريع في درجة حرارة النيتروجين السائل والمعالجة غير المتوازنة لطحن الكرة الميكانيكية ينظمان أداء تخزين الهيدروجين لسبائك Mg 17 Al 12. استخدم الأستاذ المشارك Lan Zhiqiang من جامعة Guangxi عملية المعالجة الحرارية مقترنة بالسبائك الميكانيكي لإعداد Mg 90 Li 1 - x Si x (x = 0 ، 2 ، 4 و 6) لمواد تخزين الهيدروجين المركبة ، ودرس إضافة Si إلى تخزين المحلول الصلب لنظام Mg-Li. تأثير أداء الهيدروجين. يمكن أن يؤدي إدخال العناصر الأرضية النادرة إلى منع ظاهرة التبلور وعملية التفاوت في تكوين السبائك أثناء دورة امتصاص الهيدروجين وامتصاصه ، وزيادة امتصاص الهيدروجين القابل للانعكاس وامتصاص السبائك. يتم في الغالب مخدر المواد سبائك تخزين الهيدروجين التقليدية في السوق مع العناصر الأرضية النادرة (لا). ، Ce ، Pr ، Nd ، إلخ) ، لكن سعر Pr و Nd أعلى. أبلغ Zhu Xilin عن تطبيق سبيكة تخزين هيدروجين AB 5 غير مخدر بـ Pr و Nd في بطارية هيدروجين نيكل. تم تشغيل البطارية المربعة المطبقة على الحافلة الكهربائية بأمان على ارتفاع 100000 كم. نقطة بحث أخرى لمواد تخزين الهيدروجين هي هيدرات النيتروجين المعدنية مثل Mg (BH 2) 2 -2LiH و 4 MgH 2 - Li 3 AlH 6 و Al-Li 3 AiH 6 و NaBH 4 -CO (NH 2) 2. يمكن أن يؤدي تقليل حجم الجسيمات وإضافة مادة مضافة للقلويات إلى تحسين أداء تخزين الهيدروجين لمادة تخزين تخزين الهيدروجين بتنسيق المعدن ، حيث يتم تقليل حجم الجسيم ، والذي يتحقق بشكل أساسي عن طريق طحن الكرة الميكانيكي عالي الطاقة. تتميز مادة أمين-ديكوريتيد MOF CAU-1 المتصلة بالأمين والتي أبلغ عنها البروفيسور سون ليكسيان من جامعة قويلين للتكنولوجيا الإلكترونية بخصائص H2 و CO 2 وامتزاز الميثانول ، والتي لها أهمية كبيرة وقيمة تطبيق لخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون وتخزين الهيدروجين . كما طوروا مجموعة متنوعة من المواد المولدة للهيدروجين المصنوعة من سبائك الألمنيوم ، مثل 4MgH 2 -Li 3 AlH 6 و Al-Li 3 AiH 6 و NaBH 4 -CO (NH 2) 2 ، يتم استخدامها مع خلايا الوقود. 3 المكثفات الفائقةالبحث عن مواد الإلكترود ذات الأداء العالي والعمر الطويل للدورة هو محور البحث على المكثفات الفائقة ، من بينها مواد الكربون هي المواد الإلكترودات الفائقة المكثفة الأكثر شيوعًا ، مثل مواد الكربون المسامية ، ومواد الكربون ذات الكتلة الحيوية ، ومواد الكربون المركبة. قام بعض الباحثين بإعداد مواد إيرجيل كربونية متناهية الصغر وأثبتوا أن خصائص السعة الكهروكيميائية الجيدة تأتي من بنية الهيكل العظمي للشبكة ثلاثية الأبعاد ومنطقة سطح محددة عالية للغاية. حصلت Nie Pengru ، جامعة Huazhong للعلوم والتكنولوجيا ، على مادة كربونية مسامية ثلاثية الأبعاد واستخدمتها كمواد إلكترودية للمكثفات الفائقة في عملية استرجاع بطاريات حامض الرصاص الحمضية عن طريق التصفية الرطبة لحمض الستريك. يمكن أن تعزز هذه الطريقة التكامل الوثيق بين صناعة تخزين الطاقة وصناعة حماية البيئة ، وتنتج فوائد بيئية وبيئية جيدة. استكشف الباحثون أيضًا استخدام مواد كربونية الكتلة الحيوية المختلفة (السكروز ، حبوب اللقاح ، الطحالب ، إلخ) كمواد إلكترودات للمكثفات الفائقة. في جانب المواد المركبة ، صمم الباحثون مادة مركبة على شكل شطيرة MoO 3 / C ، وطبقة α-MoO 3 وطبقة الجرافين أفقية ومتداخلة ، ولها خصائص كهروكيميائية ممتازة ؛ مركب نقطة الجرافين / الكربون يمكن أيضًا استخدام المادة كمادة قطب كهربائي بسعة محددة تبلغ 256 فهرنهايت / جم عند تيار يبلغ 0.5 أ / جم. أعد البروفيسور ليو تسونغ هوا من جامعة شنشي للمعلمين مادة نانوية من أكسيد المنغنيز mesoporous تم تجميعها من جزيئات أكسيد المنغنيز النانوية بمساحة سطح محددة قدرها 456 م 2 / جم وبسعة محددة قدرها 281 ف / جم في الوقت الحالي. أعد Liu Peipei من جامعة جنوب الصين للتكنولوجيا مادة NiO-Co 3 O 4 المركبة ثلاثية الأبعاد المزهرة بالنانو بسعة محددة قدرها 1 988. 6 F / جم بقدرة 11 A / جم ، ومعدل الاحتفاظ بالسعة من 1500 دورة. 94. 0 ٪ ؛ درس وانغ Yijing من جامعة نانكاي آلية النمو والبنية المجهرية والأداء لمواد NiCo 2 O 4 ذات الأشكال المختلفة. قام تانغ كه ، من جامعة تشونغتشينغ للفنون والعلوم ، بتحليل العلاقة بين المقاومة المكافئة والتيار الحالي. تم استخدام نموذج الدائرة المكافئ لدراسة تباين السعة ، وسعة التخزين وكفاءة الشحن من supercapacitor مع التيار. نوقش أداء تخزين درجة الحرارة من supercapacitor. خلية الوقود ذات التأثير 4. يتم تقييد تسويق خلايا وقود غشاء التبادل البروتوني (PEMFC) بشكل أساسي من حيث التكلفة وطول العمر. نظرًا لأن المحفز المستخدم في PEMFC هو في الأساس معدن نبيل مثل Pt ، فهو مكلف وسهل التحلل في بيئة العمل ، مما يؤدي إلى انخفاض في النشاط الحفاز. أبلغ الباحث شاو تشى قانغ من معهد داليان للفيزياء الكيميائية بالأكاديمية الصينية للعلوم عن محفز Pd-Pt ذو قشرة أساسية يقدم Pd لتقليل كمية Pt المستخدمة وزيادة نشاط المحفز. بالإضافة إلى ذلك ، قام الباحثون بتحسين التفاعل بين المعدن والناقل باستخدام تثبيت البوليمر ، وتجميع السطح وتعديل مجموعة كربون السطح المعدني للحصول على محفز تخفيض الأوكسجين في معادن PEMFC مع نشاط عالي وثبات عالٍ. قدم Cao Tai ، من معهد بكين للتكنولوجيا ، طريقة توليفة خفيفة الوزن ومنخفضة التكلفة وواسعة النطاق لتخليق أنابيب الكربون النانوية الموحدة والمنشطة على شكل الخيزران مع وجود جسيمات نانوية من الكوبالت في الأعلى. المنتجات لها خصائص ممتازة. الأكسدة النشاط الحفاز. يتم الحصول على المحفزات القائمة على الكربون والعوامل الحفازة الأخرى غير البلاتينية لخلايا الوقود ، والتي قد تحل محل المواد الحفازة التقليدية القائمة على البلاتين ، عن طريق الكربنة الحرارية المائية ، التكسير الحراري عالي الحرارة ، وما إلى ذلك ، ولها أداء مشابه للعوامل الحفازة الكربونية البلاتينية التجارية. batteries5. 1 بطارية أيونات الصوديوم تم دراسة عملية الشحن والتفريغ لمادة Na 0. 44 MnO 2 في Dai Kehua من جامعة Northeastern. وقد وجد أن Mn 2 + تم تشكيله على سطح المادة ذات الإمكانات المنخفضة. إن راتنج الفينول الراتنجي الموصّل يمكن أن يحسن القدرة المعكوسة لعكس مسحوق Sn النقي. لتحقيق شحن مستقر والتفريغ. جامعة تشونغنان شياو تشونغ شينغ وآخرون. متكلس بالطريقة الحرارية المائية وطريقة ارتفاع درجة الحرارة الصلبة لتوليف درجة نقاء أعلى Na 0. 44 MnO 2 ، وتم استخدام الصوديوم المعدني كقطب كهربائي سلبي لتجميع بطارية من نوع الزر ، بسعة 0. 5 دورة C 20 مرة. كان معدل الاحتفاظ 98.9 ٪. قام تشانغ جون شي من كلية شانغهاي للطاقة الكهربائية بتركيب بلورات NaFePO 4 من هيكل الزبرجد الزيتوني ، والتي كانت تستخدم كمواد الكاثود لبطاريات أيونات الصوديوم وكان لها أداء كهروكيميائي جيد. قام الأستاذ المشارك دنغ جيان تشيو من جامعة قويلين للتكنولوجيا الإلكترونية بإعداد كبريتيد السترونتيوم النانوي الخطي بالطريقة الحرارية المائية واستخدمه كمادة إلكترود سالبة لبطاريات أيونات الصوديوم. تحتوي المادة على قدرة تفريغ أولي محددة تبلغ 552 مللي أمبير / ساعة عند 100 مللي أمبير / جرام. بعد 55 دورة ، تبلغ نسبة الاحتفاظ بالقدرة 85.5٪. يتم تدويره 40 مرة بمعدل 2 أ / جم ويعود إلى 100 مللي أمبير /. يتم استعادة تيار g والقدرة المحددة للتفريغ إلى 580 مللي أمبير / ساعة ، مما يشير إلى أن أداء دورة مادة القطب السالب جيد ، هيكل يمكن أن تبقى مستقرة بعد دورة كبيرة الحالية. 2 بطارية ليثيوم الكبريت - يركز البحث عن بطاريات الكبريت الليثيوم حاليًا على مواد الإلكترود ، مثل مواد الكربون المسامية ، والمواد المركبة ، وما إلى ذلك ، التي تهدف إلى تحسين سلامة البطارية وعمر الدورة وكثافة الطاقة. تحتوي المادة الكربونية التي طورها تشانغ هونغ تشانغ من معهد داليان للفيزياء الكيميائية التابع للأكاديمية الصينية للعلوم على حجم كبير المسام (> 4. 0 سم 3 / جم) ، ومساحة سطح عالية محددة (> 1 500 م 2 غرام) ، ويحتوي على نسبة عالية من الكبريت (> 70٪). في حالة وجود نسبة عالية من الكبريت (3 مجم / سم 2) ، تكون السعة المحددة المحددة لتصريف 0.1 مئوية هي 200 مللي أمبير / جم ؛ يستخدم البروفيسور تشن يونغ من جامعة هاينان Ti 3 C 2 لهيكل الأكورديون ثنائي الأبعاد كمادة إلكترود موجبة. بالاقتران مع الكبريت للحصول على مركب S / Ti 2 C 3 ، وصلت السعة المحددة للتفريغ الأولي إلى 291 mAh / جم بتيار قدره 200 mAh / g ، وكانت القدرة المعكوسة المعكوسة للدورة لا تزال 970 mAh / g.5. 3 تدفق البطارية قدم الباحث تشانغ هوامين من معهد داليان للكيمياء والفيزياء ، الأكاديمية الصينية للعلوم تقريرا عن التقدم المحرز في البحوث وتطبيق تكنولوجيا تخزين طاقة البطارية السائلة ، وقدم التقدم المحرز في تطوير البطارية بالكهرباء السائل الغشاء ، أيون موصل الفلوريد الغشاء ومفاعل الطاقة عالية محددة. ونتائج البحث في نظام بطارية التدفق. لقد طوروا كومة بطارية عالية الكثافة عالية التدفق بقوة 32 كيلو وات تم شحنها وتفريغها بكثافة حالية تبلغ 120 مللي أمبير / سم 2 مع كفاءة في استخدام الطاقة بنسبة 81.2 ٪ ، مما يتيح إنتاجًا واسع النطاق ، منها تدفق 5 ميجاوات / 10 ميجاوات البطارية تم تطبيق نظام تخزين الطاقة على الشبكة .6 لا تزال بطاريات الليثيوم أيون والمكثفات الفائقة وخلايا الوقود هي محور البحث في البطاريات. بطاريات أخرى ، مثل بطاريات أيونات الصوديوم وبطاريات التدفق وبطاريات كبريت الليثيوم ، تتطور أيضًا. لا يزال التركيز البحثي الحالي لأنواع مختلفة من البطاريات هو تطوير مواد الإلكترود من أجل تحقيق قدرة أعلى وكفاءة وأداء دورة وأداء أمان. مقدمة لجميع مواد الإلكتروليت الصلبة
المصدر: ميو كربيد