1. 1 matériau de cathodeLes matériaux de cathode pour batterie lithium-ion sont principalement divisés en matériaux à base de manganèse riches en lithium, en matériaux composites ternaires, en LiMn 2 O 4 de type spinelle, en phosphate de fer et en lithium et en oxyde de lithium-nickel-manganèse. Matériau de cathode en solution solide à base de manganèse riche en Li Li 1 + x M 1 - x O 2 (M est un métal de transition tel que Ni, Co et Mn) avec une capacité spécifique élevée (> 200 mAh / g), une densité d'énergie élevée, faible coût et protection de l'environnement Convivial, etc., mais il existe des inconvénients tels qu'une faible efficacité de décharge initiale, une faible efficacité coulombique, une durée de vie réduite, des performances à haute température non satisfaisantes et des performances à faible débit. Le chercheur Wang Zhaoxiang de l'Institut de physique de l'Académie chinoise des sciences associe des recherches expérimentales à des calculs théoriques. À partir de l'exploration du moteur de la migration du manganèse, cet article étudie une série de problèmes causés par la migration du manganèse et propose une méthode pour inhiber la migration du manganèse. Le professeur Wang Xianyou de l'Université Xiangtan a débuté par la relation entre la structure du matériau et ses performances, et s'est amélioré en optimisant la structure du matériau, la composition du matériau de conception (excès d'O), le contrôle de la composition de la phase du matériau (Co-dopé) et la modification de surface (revêtu de polyaniline) . La voie de la performance des matériaux au lithium. Dans la modification du revêtement, le professeur Chen Zhaoyong de l'Université des sciences et technologies de Changsha a mené une étude approfondie: une structure de revêtement à double couche Al 2 O 3 / PAS microporeuse a été construite à la surface du matériau de cathode à base de manganèse, riche en lithium La capacité spécifique est jusqu’à 280 mAh / g, et après 100 cycles à 0,2 ° C, il y a toujours une rétention de capacité de 98% et aucune transformation structurelle du matériau. Les recherches sur le matériau de cathode ternaire Ni-Co-Mn portent principalement sur l'optimisation de la composition et des conditions de préparation, la modification du revêtement ou du dopage, etc., afin d'améliorer encore la capacité, les caractéristiques du cycle et la performance. La capacité spécifique de première décharge de la capacité spécifique de première décharge est de 209. 4 mAh / g, 1,0 C. La capacité spécifique de première décharge du matériau est de 0,1 C mAh / g, 1,0 C, capacité de charge de 7%. taux de rétention de 95,5%, le taux de rétention de la capacité à haute température est toujours de 87,7%. Le matériau de revêtement peut également être du LiTiO 2, du Li 2 ZrO 3 ou similaire, ce qui peut améliorer la stabilité du matériau d'électrode positive ternaire. La préparation du spinelle LiMn 2 O 4 par synthèse en phase solide peut réduire la température de réaction, accélérer la vitesse de réaction et améliorer la structure cristalline du produit. Les principales méthodes de modification du spinelle LiMn 2 O 4 sont le revêtement et le dopage, tels que le revêtement ZnO, Al 2 O 3, le dopage Cu, Mg et Al. La modification du phosphate de fer lithium est mentionnée. Les méthodes utilisées sont le co-dopage d'éléments (tels que l'ion vanadium et l'ion titane), l'ajout de ferrocène et d'autres additifs de graphitisation catalytique, et le compoundage avec du graphène, des nanotubes de carbone et analogues. Pour les matériaux cathodiques à base de manganate de lithium et de nickel, la stabilité à haute température peut également être améliorée par modification et revêtement de dopage et par amélioration des procédés et procédés de synthèse. D'autres chercheurs ont proposé d'autres types de matériaux cathodiques, tels que des composés phtalocyanine conjugués au carbonyle, avec une capacité spécifique de décharge initiale de 850 mAh / g; graphène-carbone mésoporeux / sélénium (G-MCN / Se) ternaire Pour l'électrode positive en film composite, lorsque la teneur en sélénium était de 62%, la première capacité spécifique de décharge de 1 C était de 432 mAh / g et restait à 385 mAh / g. Après 1 300 cycles, la stabilité du cycle est bonne.1.2 Matériau anodique Les matériaux en graphite sont actuellement les principaux matériaux anodiques, mais les chercheurs ont exploré d’autres matériaux anodiques. Comparé au matériau de la cathode, le matériau de l'anode n'a pas de point de recherche évident. Au cours du premier cycle de la batterie, l’électrolyte se décompose de manière réductrice à la surface de l’anode en graphite pour former une membrane à interface de phase électrolyte solide (SEI), entraînant la première perte de capacité irréversible, mais la membrane SEI peut empêcher l’électrolyte de se décomposer sur la surface de graphite, protégeant ainsi l'électrode. Le rôle. Zhang Ting, de l'Université normale de Chine méridionale, a ajouté du sulfite de diméthyle en tant qu'additif filmogène SEI pour améliorer la compatibilité entre l'anode en graphite et l'électrolyte et améliorer les performances électrochimiques de la batterie. Certains chercheurs ont utilisé des composites de nano-titanate-carbone comme matériaux d'anode et ont été recouverts de ZnO, d'Al 2 O 3 et d'autres matériaux par pulvérisation magnétron afin d'améliorer les performances de vitesse et la stabilité du cycle; pyrolyse par séchage par pulvérisation Le matériau d'anode composite silicium-carbone préparé par le procédé a une capacité spécifique de première décharge de 1 033, 2 mAh / g à un courant de 100 mA / g et une première efficacité de charge et de décharge de 77,3%; silicium flexible autoporteur / graphène Le matériau de l'anode en film composite a été cyclé 50 fois à un courant de 100 mA / g, la capacité spécifique était encore de 1 500 mAh / g et l'efficacité coulombique était stabilisée à 99% ou plus. La raison en est que les feuilles de graphène ont une conductivité électrique et une flexibilité élevées.1.3 Electrolyte de batterie au lithium-ion Le système d'électrolyte au carbonate traditionnel pose des problèmes tels que l'inflammabilité et la mauvaise stabilité thermique. Il développe un système d'électrolyte à point éclair élevé, ininflammable, grande fenêtre de stabilité électrochimique et grande adaptabilité à la température. Il s’agit d’un matériau essentiel pour les batteries lithium-ion.2 Batterie NiMHUn point chaud de la recherche dans le domaine des batteries nickel-hydrure métallique est constitué d’alliages de stockage d’hydrogène. Le professeur Guo Jin de l'Université du Guangxi estime que le refroidissement rapide à la température de l'azote liquide et le traitement non équilibré du broyage mécanique à billes régulent les performances de stockage d'hydrogène de l'alliage Mg 17 Al 12. Le professeur associé Lan Zhiqiang de l'Université du Guangxi a utilisé le procédé de traitement thermique associé à un alliage mécanique pour préparer du Mg 90 Li 1 - x Si x (x = 0, 2, 4 et 6), des matériaux de stockage de l'hydrogène, et a étudié l'ajout de Si au stockage en solution solide du système Mg-Li. L'effet de la performance de l'hydrogène. L'introduction d'éléments de terres rares peut inhiber le phénomène d'amorphisation et le processus de dismutation de la composition de l'alliage pendant le cycle d'absorption et de désorption de l'hydrogène, et augmenter l'absorption et la désorption de l'hydrogène réversibles de l'alliage. Les alliages classiques de stockage d'hydrogène sur le marché sont principalement dopés avec des éléments de terres rares (La). , Ce, Pr, Nd, etc.), mais le prix de Pr et Nd est plus élevé. Zhu Xilin a rapporté l'application d'un alliage de stockage d'hydrogène AB 5 non dopé avec Pr et Nd dans une batterie nickel-hydrogène. La batterie carrée appliquée au bus électrique a été utilisée en toute sécurité pendant 100 000 km. Les hydrures d’azote métalliques, tels que Mg (BH 2) 2 -2LiH, 4 MgH 2 - Li 3 AlH 6, Al-Li 3 AiH 6 et NaBH 4 -CO (NH 2) 2, constituent un autre point chaud de la recherche sur les matériaux de stockage de l’hydrogène. La réduction de la taille des particules et l'ajout d'un additif de métal alcalin peuvent améliorer les performances de stockage d'hydrogène du matériau de stockage d'hydrogène de coordination métallique, la taille des particules étant réduite, ce qui est principalement obtenu par broyage mécanique à billes à haute énergie. Le matériau CAU-1 MOF connecté à l'amine et décoré12 rapporté par le professeur Sun Lixian de l'Université de technologie électronique de Guilin présente d'excellentes propriétés d'adsorption de H 2, de CO 2 et de méthanol, qui sont d'une grande importance et d'une grande valeur d'application pour la réduction des émissions de CO 2 et le stockage de l'hydrogène. . Ils ont également mis au point divers matériaux générateurs d'hydrogène en alliage à base d'aluminium, tels que 4MgH 2 -Li 3 AlH 6, Al-Li 3 AiH 6 et NaBH 4 -CO (NH 2) 2, sont utilisés en combinaison avec des piles à combustible. 3 supercondensateursLa recherche de matériaux pour électrodes à haute performance et longue durée de vie fait l’objet de recherches sur les supercondensateurs, parmi lesquels les matériaux au carbone sont les matériaux d’électrodes pour supercondensateurs les plus courants, tels que les matériaux carbonés poreux, les matériaux en carbone biomasse et les matériaux composites en carbone. Certains chercheurs ont préparé des matériaux pour aérogels de carbone nanoporeux et ont prouvé que de bonnes caractéristiques de capacité électrochimique provenaient de la structure en réseau tridimensionnelle et de la surface spécifique ultra-élevée. Nie Pengru, de l’Université des sciences et technologies de Huazhong, a obtenu un matériau carboné poreux tridimensionnel qu’il a utilisé comme matériau d’électrode pour les supercondensateurs dans le processus de récupération des batteries au plomb-acide usées par lixiviation humide à l’acide citrique. Cette méthode peut favoriser une intégration étroite de l’industrie du stockage de l’énergie et de la protection de l’environnement et produire de bons avantages écologiques et environnementaux. Les chercheurs ont également exploré l'utilisation de différents matériaux carbonés issus de la biomasse (saccharose, pollen, algues, etc.) comme matériaux d'électrode pour les supercondensateurs. En ce qui concerne les matériaux composites, les chercheurs ont conçu un matériau composite MoO 3 / C en forme de sandwich. La couche d’a-MoO 3 et la couche de graphène sont entrelacées et empilées horizontalement, ce qui présente d’excellentes propriétés électrochimiques. graphène / carbone composite point quantique Le matériau peut également être utilisé comme matériau d'électrode avec une capacité spécifique de 256 F / g à un courant de 0,5 A / g. Le professeur Liu Zonghuai de l'Université normale du Shaanxi a préparé un matériau de nanoélectrode en oxyde de manganèse mésoporeux assemblé à partir de nanoparticules d'oxyde de manganèse ayant une surface spécifique de 456 m 2 / g et une capacité spécifique de 281 F / g à un courant de 0,25 A / g. Liu Peipei de l'Université de technologie de Chine méridionale a préparé un matériau composite tridimensionnel à base de nanoparticules de NiO-Co 3 O 4 d'une capacité spécifique de 1 988. 6 F / g à un courant de 11 A / g, avec un taux de rétention de la capacité de 1500 cycles. 94,0%; Wang Yijing de l'Université de Nankai a étudié le mécanisme de croissance, la microstructure et les performances de matériaux NiCo 2 O 4 de morphologies différentes. Tang Ke, de l'Université des arts et des sciences de Chongqing, a analysé la relation entre résistance équivalente et courant de charge. Le modèle de circuit équivalent a été utilisé pour étudier la variation de la capacité, de la capacité de stockage et de l'efficacité de charge du supercondensateur en courant. Les performances de stockage en température du supercondensateur ont été discutées. Pile à combustible Impact.4 La commercialisation des piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) est principalement limitée par le coût et la longévité. Comme le catalyseur utilisé dans la PEMFC est principalement un métal noble tel que le Pt, il est coûteux et se dégrade facilement dans l'environnement de travail, ce qui entraîne une diminution de l'activité catalytique. Le chercheur Shao Zhigang de l’Institut de physique chimique de Dalian de l’Académie chinoise des sciences a décrit un catalyseur noyau-enveloppe Pd-Pt qui introduit le palladium pour réduire la quantité de Pt utilisée et augmenter l’activité du catalyseur. En outre, les chercheurs ont amélioré l’interaction entre le métal et le support en utilisant la stabilisation des polymères, le groupement de surfaces et la modification des grappes de carbone de la surface des métaux pour obtenir un catalyseur de réduction de l’oxygène des métaux PEMFC avec une activité et une stabilité élevées. Cao Tai de l'Institut de technologie de Beijing a présenté une méthode de synthèse légère, peu coûteuse et à grande échelle pour la synthèse de nanotubes de carbone uniformes, dopés à l'azote, en forme de bambou, avec au sommet des nanoparticules de cobalt. Les produits ont d'excellentes propriétés. Activité catalytique redox. Les catalyseurs à base de carbone et autres catalyseurs pour piles à combustible autres que le platine, qui peuvent remplacer les catalyseurs classiques à base de platine, sont obtenus par carbonisation hydrothermale, craquage thermique à haute température, etc., et ont des performances comparables à celles des catalyseurs commerciaux à base de carbone et de platine.5 batteries5. 1 batterie à ions sodiumLe processus de charge et de décharge du matériau Na 0,44 MnO 2 a été étudié à Dai Kehua de la Northeastern University. Il s'est avéré que du Mn2 + était formé à la surface du matériau à faible potentiel. La résine phénolique conductrice à base de résine PFM pourrait améliorer la capacité spécifique réversible de la poudre de Sn pure. Pour obtenir une charge et une décharge stables. L'Université de Zhongnan Xiao Zhongxing et al. frittés par la méthode hydrothermale et la méthode en phase solide à haute température pour synthétiser la pureté supérieure Na 0. 44 MnO 2, et le sodium métallique a été utilisé comme électrode négative pour assembler une pile bouton de capacité 0. 5 C cycle 20 fois. Le taux de rétention était de 98,9%; Zhang Junxi du Shanghai Electric Power College a synthétisé des cristallites de NaFePO 4 de structure olivine, qui ont été utilisés comme matériau cathodique pour les batteries à ions sodium et ont présenté de bonnes performances électrochimiques. Le professeur associé Deng Jianqiu de l'Université de technologie électronique de Guilin a préparé un sulfure nano-linéaire de strontium par une méthode hydrothermale et l'a utilisé en tant que matériau d'électrode négative pour les batteries à ions sodium. Le matériau a une capacité spécifique de première décharge de 552 mAh / g à 100 mA / g. Après 55 cycles, la capacité de rétention est de 85,5%. Il est cyclé 40 fois à 2 A / g et revient à 100 mA / Le courant de g et la capacité spécifique de la décharge sont rétablis à 580 mAh / g, indiquant que les performances du cycle du matériau de l'électrode négative sont bonnes. la structure peut rester stable après un grand cycle de courant.5. 2 batteries lithium-soufreLa recherche sur les batteries lithium-soufre est actuellement centrée sur les matériaux des électrodes, tels que les matériaux carbonés poreux, les matériaux composites, etc. visant à améliorer la sécurité des batteries, leur durée de vie et leur densité énergétique. Le matériau en carbone mis au point par Zhang Hongzhang de l'Institut de physique chimique de Dalian de l'Académie chinoise des sciences présente un volume poreux important (> 4,0 cm 3 / g), une grande surface spécifique (> 1 500 m 2 g), et une teneur élevée en soufre (> 70%). Dans des conditions de teneur élevée en soufre (3 mg / cm 2), la capacité spécifique spécifique de décharge à 0,1 C est de 1 200 mAh / g; Le professeur Chen Yong de l'Université de Hainan utilise du Ti 3 C 2 à structure d'accordéon à deux dimensions comme matériau d'électrode positive. Combinée au soufre pour obtenir le composite S / Ti 2 C 3, la capacité spécifique de décharge initiale a atteint 1 291 mAh / g à un courant de 200 mAh / g, et la capacité spécifique réversible du cycle était encore de 970 mAh / g.5. Zhang Huamin de l'Institut de chimie et de physique de Dalian, de l'Académie chinoise des sciences, a présenté un rapport sur les progrès de la recherche et de l'application de la technologie de stockage d'énergie par batterie liquide, et a présenté les progrès en matière de développement d'un électrolyte de batterie liquide à membrane conductrice ionique sans fluorure et réacteur à haute puissance spécifique. Et des résultats de recherche dans le système de batterie à flux. Ils ont mis au point un bloc de piles haute densité de 32 kW à flux de densité élevée, chargé et déchargé à une densité de courant de 120 mA / cm 2 avec un rendement énergétique de 81,2%, permettant ainsi une production à grande échelle, dont un débit de 5 MW / 10 MWh batterie Le système de stockage d'énergie a été implémenté sur le réseau.6 Conclusion Les batteries au lithium-ion, les supercondensateurs et les piles à combustible sont toujours au centre des recherches sur les batteries; d'autres batteries, telles que les batteries sodium-ion, les batteries flow et les batteries lithium-soufre évoluent également. L’objet actuel de la recherche sur divers types de batteries est toujours de développer des matériaux pour électrodes afin d’améliorer la capacité, l’efficacité, les performances du cycle et les performances en matière de sécurité. Introduction à tous les matériaux à électrolyte solide
Source: Meeyou Carbide

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