エネルギー貯蔵とパワーバッテリーに関する2018年の研究の進歩

１．１カソード材料リチウムイオン電池カソード材料は、主に、リチウムに富むマンガン系材料、三元複合材料、スピネル型ＬｉＭｎ ２ Ｏ ４、リン酸鉄リチウムおよびリチウムニッケルマンガン酸化物に分けられる。高比容量（＞ ２００ｍＡｈ ／ ｇ）、高エネルギー密度を有するＬｉリッチマンガン系固溶体カソード材料Ｌｉ １ ＋ ｘ Ｍ １ − ｘ Ｏ ２（ＭはＮｉ、ＣｏおよびＭｎなどの遷移金属である）。しかし、初期放電効率が低い、クーロン効率が低い、サイクル寿命が短い、高温性能が不十分、レートが低いなどの欠点があります。中国科学院物理学研究所のWang Zhaoxiang研究員は、実験的研究と理論計算を組み合わせています。 Mn移動の推進力の探究から、この論文はMn移動によって引き起こされる一連の問題を研究し、Mn移動を抑制する方法を提案した。湘潭大学のWang Xianyou教授は材料構造と性能の関係から出発し、材料構造の最適化、設計材料組成（O過剰）、材料相組成の制御（Coドープ）および表面改質（ポリアニリンでコーティング）により改善しました。 。リチウム材料性能の仕方コーティングの改質において、長沙科学技術大学のChen Zhaoyong教授は徹底的な研究を行った。微孔性Al 2 O 3 / PAS二重層クラッド構造を、リチウムに富むマンガン系カソード材料の表面上に構築した。比容量は２８０ｍＡｈ ／ ｇまでであり、そして０．２℃で１００サイクル後でも、依然として９８％の容量保持率があり、材料の構造変化はない。 Ｎｉ − Ｃｏ − Ｍｎ三元カソード材料の研究は、容量、サイクル特性およびレート性能をさらに改善するために、主に組成および調製条件、コーティングまたはドーピング修飾などを最適化することに焦点を合わせている。第１放電比容量の第１放電比容量は２０９．４ｍＡｈ ／ ｇ、１．０℃である。材料の第１放電比容量は０．１ＣｍＡｈ ／ ｇ、１．０℃７％である。 95.5％の保持率、高温での容量保持率はまだ87.7％です。被覆材料は、ＬｉＴｉＯ ２、Ｌｉ ２ ＺｒＯ ３などであってもよく、これは三元正極材料の安定性を改善することができる。固相燃焼合成によるスピネルＬｉＭｎ ２ Ｏ ４の調製は、反応温度を低下させ、反応速度を加速させ、そして生成物の結晶構造を改善することができる。スピネルＬｉＭｎ ２ Ｏ ４を修飾するための主な方法は、ＺｎＯ、Ａｌ ２ Ｏ ３のコーティング、Ｃｕ、ＭｇおよびＡｌのドーピングのようなコーティングおよびドーピングである。リン酸鉄リチウムの修飾が挙げられる。使用される方法は、元素の同時ドーピング（例えばバナジウムイオンおよびチタンイオン）、フェロセンおよび他の触媒黒鉛化添加剤の添加、ならびにグラフェン、カーボンナノチューブなどとの配合である。マンガン酸リチウムニッケルカソード材料の場合、高温安定性はまた、ドーピング改質およびコーティング、ならびに合成方法およびプロセスの改善によっても改善することができる。他の研究者は、カルボニル共役フタロシアニン化合物のような、初期放電比容量が８５０ｍＡｈ ／ ｇの他の種類のカソード材料を提案した。グラフェン - メソポーラスカーボン／セレン（Ｇ − ＭＣＮ ／ Ｓｅ）三元系複合膜正極において、セレン含有量が６２％のとき、１Ｃの初回放電比容量は４３２ｍＡｈ ／ ｇであり、３８５ｍＡｈ ／ ｇのままであった。 1 300サイクル後、良好なサイクル安定性を示します。1.2陽極材料グラファイト材料は現在主な陽極材料ですが、研究者は他の陽極材料を模索しています。カソード材料と比較して、アノード材料は明らかな研究ホットスポットを持たない。電解質は、電池の最初のサイクルの間にグラファイトアノードの表面上で還元的に分解して固体電解質相界面（ＳＥＩ）膜を形成し、その結果、最初の不可逆容量損失が生じるが、ＳＥＩ膜は電解質の継続を妨げる。グラファイト表面で分解し、電極を保護します。役割。南中国師範大学のZhang Tingは、SEI皮膜形成添加剤として亜硫酸ジメチルを添加して、グラファイトアノードと電解質の間の相溶性を改善し、電池の電気化学的性能を改善した。何人かの研究者は、ナノチタネート - カーボン複合材料をアノード材料として使用し、そしてレート性能およびサイクル安定性を改善するためにマグネトロンスパッタリングによってＺｎＯ、Ａｌ ２ Ｏ ３および他の材料で被覆した。噴霧乾燥熱分解方法によって調製されたケイ素 - 炭素複合アノード材料は、１００ｍＡ ／ ｇの電流で１．０３３．２ｍＡｈ ／ ｇの第１放電比容量、および７７．３％の第１充電および放電効率を有する。自立型可撓性シリコン／グラフェン複合フィルムアノード材料を１００ｍＡ ／ ｇの電流で５０回サイクルし、比容量は依然として１５００ｍＡｈ ／ ｇであり、クーロン効率は９９％以上で安定した。その理由は、グラフェンシートは高い導電性と柔軟性を持っているためです。1.3リチウムイオン電池電解質伝統的な炭酸塩電解質システムは、引火性や熱安定性の悪さなどの問題を抱えています。それは高い引火点、不燃性、広い電気化学的安定性ウィンドウおよび広い温度適応性を有する電解質系を開発する。それはリチウムイオン電池のための重要な材料です。2 NiMH電池ニッケル水素電池の研究ホットスポットは水素吸蔵合金材料です。広西大学のGuo Jin教授は、液体窒素温度での急冷と機械的ボールミル粉砕の非平衡処理がMg 17 Al 12合金の水素貯蔵性能を調節すると考えている。広西大学の准教授Lan Zhiqiangは、メカニカルアロイングと組み合わせた熱処理プロセスを使用して、Mg 90 Li 1-x Si x（x = 0、2、4および6）複合水素貯蔵材料を調製し、そしてSiへのSiの添加を研究した。 Mg ‐ Li系の固溶体貯蔵水素性能の影響希土類元素の導入は、水素吸蔵および放出サイクル中の合金組成の非晶質化現象および不均化プロセスを抑制し、合金の可逆的水素吸蔵および放出を増大させる可能性がある。市販されている従来の水素吸蔵合金材料は、大部分が希土類元素（Ｌａ）でドープされている。 、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄなど）、しかしＰｒおよびＮｄの価格はより高い。 Zhu Xilinは、ニッケル水素電池において、PrとNdをドープしていないAB 5水素吸蔵合金の適用について報告した。電気バスに取り付けられた角型電池は、100 000 km安全に動作しています。水素貯蔵材料に関する他の研究ホットスポットは、Ｍｇ（ＢＨ ２）２ －２ＬｉＨ、４ＭｇＨ ２ －Ｌｉ ３ ＡｌＨ ６、Ａｌ － Ｌｉ ３ ＡｌＨ ６およびＮａＢＨ ４ －ＣＯ（ＮＨ ２）２などの金属窒素水素化物である。粒径を小さくしそしてアルカリ金属添加剤を加えることは粒径が小さくされる金属配位水素貯蔵材料の水素貯蔵性能を改良することができ、それは主に高エネルギー機械的ボールミル粉砕により達成される。桂林電子工業大学のSun Lixian教授によって報告されたアミン修飾12結合MOF CAU-1材料は、優れたH 2、CO 2およびメタノール吸着特性を有し、これらはCO 2排出削減および水素貯蔵にとって非常に重要であり、応用価値がある。 。彼らはまた、４ＭｇＨ 2 －Ｌｉ 3 ＡｌＨ 6、Ａｌ － Ｌｉ 3 ＡｌＨ 6およびＮａＢＨ 4 －ＣＯ（ＮＨ 2）2のような種々のアルミニウム系合金水素発生材料を燃料電池と組み合わせて使用する。 3スーパーキャパシター高速性能と長サイクル寿命を有する電極材料の研究はスーパーキャパシターの研究の焦点であり、その中でも炭素材料は多孔質炭素材料、バイオマス炭素材料および炭素複合材料のような最も一般的なスーパーキャパシター電極材料である。何人かの研究者は、ナノポーラスカーボンエアロゲル材料を調製し、そして良好な電気化学キャパシタンス特性が三次元ネットワーク骨格構造および超高比表面積に由来することを証明した。 Huazhong科学技術大学のNie Pengruは、三次元多孔質炭素材料を入手し、それをクエン酸湿式浸出によって廃鉛蓄電池を回収するプロセスにおけるスーパーキャパシタ用の電極材料として使用した。この方法はエネルギー貯蔵産業と環境保護産業の密接な統合を促進し、そして良好な生態学的および環境的利益を生み出すことができる。研究者たちはまた、スーパーキャパシタ用の電極材料として、さまざまなバイオマス炭素材料（スクロース、花粉、藻類など）の使用を調査しました。複合材料の観点では、研究者らはサンドイッチ型のMoO 3 / C複合材料を設計した。α-MoO 3層とグラフェン層は水平方向に交互に積み重ねられ、優れた電気化学的性質を有する。グラフェン/カーボン量子ドット複合材料この材料は、0.5 A / gの電流で256 F / gの比容量を持つ電極材料としても使用できます。陝西師範大学のLiu Zonghuai教授は、0.25A / gの電流で456m 2 / gの比表面積および281F / gの比容量を有する酸化マンガンナノ粒子から組み立てられたメソポーラス酸化マンガンナノ電極材料を調製した。華南工業大学のLiu Peipeiは、11 A / gの電流で1 988. 6 F / gの比静電容量、および静電容量保持率を有する三次元ナノフローNiO-Co 3 O 4複合材料を調製した。 1,500サイクル９４．０％。南海大学のWang Yijingは、形態が異なるNiCo 2 O 4材料の成長メカニズム、微細構造、および性能を研究しました。重慶芸術科学大学のTang Keは、等価抵抗と充電電流の関係を分析しました。等価回路モデルを用いて、電流によるスーパーキャパシタの静電容量、蓄積容量および充電効率の変化を研究した。スーパーキャパシタの温度貯蔵性能を論じた。インパクト4燃料電池プロトン交換膜燃料電池（PEMFC）の商品化は、主にコストと寿命によって制約されています。 ＰＥＭＦＣに使用される触媒は、主にＰｔなどの貴金属であるため、高価であり、作業環境において劣化しやすく、その結果、触媒活性が低下する。中国科学アカデミーの大連化学物理学研究所のShao Zhigang研究員は、使用されるPtの量を減らし、触媒の活性を高めるためにPdを導入するPd-Ptコアシェル触媒を報告した。加えて、研究者らは、ポリマー安定化、表面グルーピングおよび金属表面炭素クラスター修飾を用いることによって金属と担体との間の相互作用を改善し、高活性および高安定性を有するＰＥＭＦＣ金属酸素還元触媒を得た。北京工科大学のCao Tai氏は、上部にコバルトナノ粒子を有する均一な窒素ドープ竹状カーボンナノチューブの合成のための軽量、低コストおよび大規模合成法を紹介した。製品は優れた特性を持っています。レドックス触媒活性従来の白金系触媒に取って代わることができる、燃料電池用の炭素系触媒および他の非白金触媒は、水熱炭化、高温熱分解などによって得られ、市販の白金炭素触媒と同等の性能を有する。電池5。 １ナトリウムイオン電池Ｎａ ０．４４ ＭｎＯ ２材料の充放電プロセスが、ノースイースタン大学のダイ・ケフアで研究された。 Mn 2+が低電位で材料の表面に形成されたことが分かった。導電性樹脂フェノール樹脂PFMは純Sn粉末の可逆比容量を改善することができた。安定した充放電を実現します。中南大学シャオゾンシン他水熱法と高温固相法で焼結して高純度のNa 0.44 MnO 2を合成し、負極に金属ナトリウムを用いて容量0のボタン型電池を組み立てた。 5 Cサイクル20回保持率は98.9％でした。 Shanghai Electric Power CollegeのZhang Junxiは、かんらん石構造のNaFePO 4微結晶を合成した。これはナトリウムイオン電池用のカソード材料として使用され、良好な電気化学的性能を有していた。桂林電子工業大学のDeng Jianqiu准教授は、水熱法によりナノ線形硫化ストロンチウムを調製し、それをナトリウムイオン電池用の負極材料として使用した。この材料は１００ｍＡ ／ ｇで５５２ｍＡｈ ／ ｇの第一放電比容量を有する。 55サイクル後の容量維持率は85.5％です。それは２Ａ ／ ｇで４０回サイクルされそして１００ｍＡに戻る。ｇの電流および放電の比容量は５８０ｍＡｈ ／ ｇに回復され、これは負極材料のサイクル性能が良好であることを示している。大電流サイクル後も構造を安定に保つことができる。 2リチウム - 硫黄電池リチウム - 硫黄電池に関する研究は、現在、電池の安全性、サイクル寿命およびエネルギー密度を改善することを目的とした、多孔質炭素材料、複合材料などの電極材料に集中している。中国科学院の大連化学物理研究所のZhang Hongzhangによって開発された炭素材料は、大きな細孔容積（> 4.0 cm 3 / g）、高い比表面積（> 1 500 m 2 g）を有する。そして高硫黄含有量（＞ ７０％）。高硫黄含有量（3mg / cm 2）の条件下では、0.1C放電の比容量は1〜200mAh / gである。海南大学のChen Yong教授は、正極材料として二次元アコーディオン構造のTi 3 C 2を使用している。 Ｓ ／ Ｔｉ ２ Ｃ ３複合材料を得るために硫黄と組み合わせると、初期放電比容量は２００ｍＡｈ ／ ｇの電流で１ ２９１ｍＡｈ ／ ｇに達し、サイクルの可逆比容量は依然として９７０ｍＡｈ ／ ｇ ５であった。 3フローバッテリー中国科学アカデミーの大連化学物理研究所のZhang Huamin研究員は、液体バッテリーエネルギー貯蔵技術の研究の進歩と応用について報告し、液体バッテリー電解質、非フッ化物イオン伝導膜の開発の進歩を紹介した。そして高比出力発電機。そして研究はフロー電池システムをもたらした。彼らはエネルギー効率81.2％で120 mA / cm 2の電流密度で充放電される32 kWクラスの高出力密度フロー電池スタックを開発し、5 MW / 10 MWhフローの大規模生産を可能にした。バッテリーエネルギー貯蔵システムはグリッド上に実装されています6。結論リチウムイオンバッテリー、スーパーキャパシター、燃料電池は依然としてバッテリーの研究の焦点です。ナトリウムイオン電池、フロー電池、リチウム硫黄電池などの他の電池も進化しています。様々な種類の電池の現在の研究の焦点は、より高い容量、効率、サイクル性能および安全性能を達成するために電極材料を開発することである。全ての固体電解質材料の紹介
ソース：Meeyou Carbide