2018 에너지 저장 및 전력 배터리 연구 진행

1. 1 양극 재료 리튬 이온 배터리 양극 재료는 주로 리튬이 풍부한 망간 계 재료, 삼원 계 복합 재료, 스피넬 형 LiMn 2 O 4, 리튬 철 인산염 및 리튬 니켈 망간 산화물로 나뉩니다. (> 200 mAh / g), 높은 에너지 밀도 및 높은 비 표면적을 갖는 리튬이 풍부한 망간 계 고용 양극 재료 Li1 + xM1-xO2 (M은 Ni, Co 및 Mn과 같은 전이 금속이다) 저비용 및 환경 보호 등 친환경 성은 있으나 초기 방전 효율이 낮고, 쿨롱 효율이 낮으며, 사이클 수명이 짧고, 고온 성능이 좋지 않으며, 저속 성능과 같은 단점이있다. 중국 과학 아카데미 물리학 연구소의 Wang Zhaoxiang 연구원은 실험적 연구와 이론적 계산을 결합합니다. 본 논문은 Mn 이동의 원동력을 탐색하여 Mn 이동으로 인한 일련의 문제를 연구하고 Mn 이동을 억제하는 방법을 제안한다. Xiangtan University의 Wang Xianyou 교수는 재료 구조와 디자인 재료 조성 (O 과량), 재료 상 조성 (Co 도핑) 및 표면 개질 (폴리아닐린 코팅)을 최적화하여 재료 구조와 성능 사이의 관계에서 시작하여 개선 및 개선되었다. . 리튬 소재 성능의 방식. 코팅 수정에서 Changsha 과학 기술 대학교의 Chen Zhaoyong 교수는 리튬이 풍부한 망간 기반 음극 재료의 표면에 미세 다공성 Al 2 O 3 / PAS 이중층 클래딩 구조가 구축되었다고 심도있는 연구를 수행했다 양극 재는 0.1C의 비 율이다. 비 수용성은 280mAh / g 이하이며, 0.2 ℃에서 100 사이클 후에도 여전히 용량 보유율은 98 %이고 물질의 구조적 변형은 없다. Ni-Co-Mn 3 원 캐소드 재료의 연구는 주로 용량, 사이클 특성 및 속도 성능을 추가로 향상시키기 위해 조성 및 준비 조건, 코팅 또는 도핑 변경 등을 최적화하는 데 초점을 맞 춥니 다. 제 1 방전 비 용량의 제 1 방전 비 용량은 209.4 mAh / g, 1.0 ℃이다. 재료의 제 1 방전 비 용량은 0.1 mAh / g, 1 ℃ 7 %이다. 95.5 %의 유지율, 고온에서의 용량 유지율은 여전히 87.7 %이다. 코팅 물질은 또한 삼원 양극 물질의 안정성을 향상시킬 수있는 LiTiO2, Li2ZrO3 등일 수있다. 고체상 연소 합성법에 의한 스피넬 LiMn2O4의 제조는 반응 온도를 낮추고, 반응 속도를 가속 시키며, 생성물의 결정 구조를 개선시킬 수있다. 스피넬 LiMn 2 O 4를 개질하기위한 주요 방법은 ZnO, Al 2 O 3, Cu, Mg 및 Al을 도핑하는 코팅 및 도핑이다. 리튬 철인 인산염의 수정은 언급된다. 사용 된 방법은 원소 공동 도핑 (바나듐 이온 및 티타늄 이온과 같은), 페로센 및 기타 촉매 흑연 첨가제의 첨가 및 그라 핀, 탄소 나노 튜브 등과의 컴 파운딩이다. 리튬 니켈 망간 극판 재료의 경우, 도핑 수정 및 코팅, 합성 방법 및 공정 개선을 통해 고온 안정성을 향상시킬 수 있습니다. 다른 연구자들은 850 mAh / g의 초기 방전 용량을 갖는 카보 닐 공액 프탈로시아닌 화합물과 같은 다른 유형의 음극 재료를 제안했다. 그라 핀 - 중형 다공성 탄소 / 셀레늄 (G-MCN / Se) 3 원 복합 막 양극의 경우, 셀레늄 함유량이 62 % 일 때, 1C의 제 1 방전 비 용량은 432mAh / g이고, 385mAh / g 1,300 사이클 후에 양호한 사이클 안정성을 보였다 .2 양극 재료 흑연 재료는 현재 주 음극 재료이지만, 연구원들은 다른 음극 재료를 연구 해왔다. 음극 물질과 비교하여, 음극 물질에는 명백한 연구 핫스팟이 없다. 전해질은 전지의 첫 번째 사이클 동안 흑연 양극의 표면에서 환원 분해되어 고체 전해질 상 경계면 (SEI) 막을 형성하여 첫 번째 비가역 용량 손실을 가져 오지만 SEI 막은 전해질이 그래파이트 표면에서 분해되어 전극을 보호한다. 역할. South China Normal University의 Zhang Ting은 흑연 양극과 전해질 사이의 호환성을 개선하고 배터리의 전기 화학 성능을 향상시키기 위해 SEI 필름 형성 첨가제로서 디메틸 설 파이트를 첨가했다. 일부 연구자들은 양극 재료로 나노 티타 네이트 - 탄소 복합체를 사용하고 속도 성능과주기 안정성을 향상시키기 위해 마그네트론 스퍼터링으로 ZnO, Al 2 O 3 및 기타 재료로 코팅했다. 분무 건조 열분해 방법에 의해 제조 된 실리콘 - 탄소 복합체 음극 재료는 전류 100 mA / g에서 제 1 방전 비 용량이 1O33.2 mAh / g이고 제 1 충 방전 효율이 77.3 %이다. 자체지지가요 성 실리콘 / 그래 핀 복합 막 양극 재를 100 mA / g의 전류로 50 회 사이클링하고, 비 수용액은 여전히 1,500 mAh / g이었고, 쿨롱 효율은 99 % 이상으로 안정되었다. 그 이유는 그라 핀 시트가 높은 전기 전도성과 유연성을 가지고 있기 때문입니다. 리튬 이온 전지 전해액 전통적인 탄산염 전해질 시스템은 가연성 및 열 안정성이 낮습니다. 높은 인화점, 불연성, 넓은 전기 화학적 안정성 창 및 넓은 온도 적응성을 갖는 전해질 시스템을 개발합니다. 리튬 이온 배터리의 핵심 소재입니다 .2 니켈 수소 배터리 니켈 수소 배터리의 연구 핫스팟은 수소 저장 합금 소재입니다. Guangxi 대학의 Guo Jin 교수는 액체 질소 온도에서의 급속 냉각과 기계적 볼 밀링의 비평 형 처리가 Mg 17 Al 12 합금의 수소 저장 성능을 조절한다고 믿고있다. Guangxi University의 Lan Zhiqiang 부교수는 기계적 합금과 결합 된 열처리 공정을 사용하여 Mg 90 Li 1-x Si x (x = 0, 2, 4 및 6) 복합 수소 저장 재료를 제조하고 Si를 Mg-Li 시스템의 고용체 저장. 수소 성능의 영향. 희토류 원소의 도입은 수소 흡수 및 탈착 사이클 동안 합금 조성의 비정질 화 현상 및 불균등 화 과정을 억제 할 수 있고 합금의 가역적 인 수소 흡수 및 탈착을 증가시킬 수있다. 시판되는 종래의 수소 흡장 합금 재료는 주로 희토류 원소 (La)로 도핑된다. , Ce, Pr, Nd 등), Pr과 Nd의 가격은 더 높다. Zhu Xilin은 니켈 수소 전지에 Pr 및 Nd를 도핑하지 않은 AB 5 수소 저장 합금의 적용에 대해보고했다. 전기 버스에 적용된 사각형 배터리는 100,000km로 안전하게 작동합니다. 수소 저장 물질에 대한 또 다른 연구 핫스팟은 Mg (BH 2) 2 -LiH, 4MgH 2 -Li 3 AlH 6, Al-Li 3 AiH 6 및 NaBH 4 -CO (NH 2) 2와 같은 금속 질소 하이드 라이드이다. 입자 크기를 감소시키고 알칼리 금속 첨가제를 첨가하면 고 에너지 기계적 볼 밀링에 의해 주로 달성되는 입자 크기가 감소되는 금속 배위 수소 저장 물질의 수소 저장 성능을 향상시킬 수있다. Guilin 전자 기술 대학의 Sun Lixian 교수가보고 한 Amine-Decorated 12-Connected MOF CAU-1 물질은 우수한 이산화탄소 및 이산화탄소 흡착 특성을 가지고있어 CO 2 배출량 저감 및 수소 저장에 큰 응용 성과 적용됩니다 . 그들은 또한 4MgH 2 -Li 3 AlH 6, Al-Li 3 AiH 6 및 NaBH 4 -CO (NH 2) 2와 같은 다양한 알루미늄 기반의 수소 생성 물질을 연료 전지와 함께 사용합니다. 3 supercapacitors 높은 속도 성능과 긴 사이클 수명을 가진 전극 재료를 찾는 것은 탄소 재료가 다공성 탄소 재료, 바이오 매스 탄소 재료 및 탄소 복합 재료와 같은 가장 일반적인 수퍼 커패시터 전극 재료 인 수퍼 커패시터에 대한 연구의 초점입니다. 일부 연구원들은 나노 다공성 탄소 에어로젤 물질을 준비했으며, 우수한 전기 화학적 커패시턴스 특성이 3 차원 네트워크 골격 구조 및 초고 비 표면적으로부터 유래되었다는 것을 증명했다. Huazhong 과학 기술 대학교의 Nie Pengru는 삼차원 다공성 탄소 재료를 얻었고 구연산 습식 침출에 의해 폐 납 축전지를 회수하는 과정에서 수퍼 커패시터의 전극 재료로 사용했다. 이 방법은 에너지 저장 산업과 환경 보호 산업의 긴밀한 통합을 촉진하고 좋은 생태 및 환경 이익을 창출 할 수 있습니다. 연구진은 수퍼 커패시터의 전극 재료로 다른 바이오 매스 탄소 물질 (수크로오스, 꽃가루, 조류 등)의 사용을 연구했다. 복합 재료의 측면에서, 연구자들은 샌드위치 모양의 MoO 3 / C 복합 재료를 설계하고, α-MoO 3 층과 그라 펜 층을 수평으로 끼워 넣고 쌓아 올려 우수한 전기 화학적 성질을 가진다. 그래 핀 / 탄소 양자점 복합 재료이 물질은 0.5A / g의 전류에서 256F / g의 비유 전율을 갖는 전극 재료로 사용될 수도 있습니다. 섬서성 사범 대학의 Liu Zonghuai 교수는 0.25 A / g의 전류에서 456 m 2 / g의 비 표면적과 281 F / g의 비 표면적을 가진 산화 망간 나노 입자로 조립 된 중형 다공성 망간 산화물 나노 전극 물질을 준비했다. South China University of Technology의 Liu Peipei는 11A / g의 전류에서 1 988. 6 F / g의 비유 전율을 갖는 입체 나노 - 꽃이 만 들어 진 NiO-Co 3 O 4 복합 재료를 제조하고 정전 용량 유지율 1,500 사이클. 94.0 %; Nankai University의 Wang Yijing은 다른 형태의 NiCo 2 O 4 재료의 성장 메커니즘, 미세 구조 및 성능을 연구했습니다. Chongqing Arts and Sciences의 Tang Ke는 등가 저항과 충전 전류 간의 관계를 분석했습니다. 등가 회로 모델은 커패시터의 변화, 저장 용량 및 전류가있는 수퍼 커패시터의 충전 효율을 연구하는 데 사용되었습니다. 수퍼 커패시터의 온도 저장 성능이 논의되었다. Impact.4 연료 전지 양자 교환막 연료 전지 (PEMFC)의 상업화는 비용과 수명으로 인해 주로 제한됩니다. PEMFC에 사용되는 촉매는 주로 Pt 등의 귀금속이기 때문에 작업 환경이 고가이고 쉽게 분해되어 촉매 활성이 저하된다. 중국 대련 화학 물리 연구소의 Shao Zhigang 연구원은 사용 된 Pt의 양을 줄이고 촉매의 활성을 증가시키기 위해 Pd를 도입하는 Pd-Pt 코어 - 쉘 촉매를보고했다. 또한 연구자들은 높은 활성과 높은 안정성을 갖는 PEMFC 금속 산소 환원 촉매를 얻기 위해 고분자 안정화, 표면 그룹화 및 금속 표면 탄소 클러스터 변형을 사용하여 금속과 담체 간의 상호 작용을 향상시켰다. 베이징 공과 대학의 카오 타이 (Cao Tai)는 코발트 나노 입자를 맨 위에 배치 한 균일하고 질소가 도핑 된 대나무 모양의 탄소 나노 튜브 합성을위한 경량의 저비용 및 대규모 합성 방법을 소개했다. 제품은 우수한 특성을 가지고 있습니다. 산화 환원 촉매 활성. 기존의 백금 계 촉매를 대체 할 수있는 연료 전지용 탄소 기반 촉매 및 기타 비 백금 촉매는 열수 탄화, 고온 열분해 등으로 얻어지며 상업용 백금 탄소 촉매에 필적하는 성능을 보입니다. 배터리 5. 1 나트륨 이온 전지 Na 44 MnO 2 물질의 충 방전 과정은 Northeastern University의 Dai Kehua에서 연구되었다. 낮은 전위에서 Mn 2+가 물질의 표면 상에 형성되었음을 발견 하였다. 전도성 수지 페놀 수지 PFM은 순 Sn 분말의 가역 용량을 향상시킬 수 있습니다. 안정적인 충전 및 방전 달성. Zhongnan University Xiao Zhongxing 외. 수열 법 및 고온 고상법으로 소성하여 고순도 Na0.44MnO2를 합성하고, 금속 나트륨을 음극으로하여 버튼형 전지를 조립하여 용량을 0으로 하였다. 5 C주기 20 번. 유지율은 98.9 %였다. 상하이 전력 대학 장준섭 (Zhang Junxi)은 NaIePO 4 미세 결정립을 합성하여 나트륨 이온 전지의 양극 활물질로 사용되어 전기 화학적 성능이 우수 하였다. Guilin 전자 기술 대학의 Deng Jianqiu 부교수는 수열 법으로 나노 선형 스트론튬 설파이드를 제조하여 나트륨 이온 배터리의 음극 재료로 사용했습니다. 물질은 100 mA / g에서 552 mAh / g의 제 1 방전 비 용량을 갖는다. 55 사이클 후에 용량 유지율은 85.5 %입니다. 2 A / g에서 40 회 순환하고 100 mA로 복귀한다. g의 전류 및 방전의 특정 용량은 580 mAh / g로 복원되어 음극 재료의 사이클 성능이 양호 함을 나타내며, 구조는 큰 전류 사이클 후에 안정하게 유지 될 수있다. 2 리튬 - 황 배터리 리튬 - 황 배터리에 대한 연구는 현재 배터리 안전성, 사이클 수명 및 에너지 밀도 향상을 목적으로하는 다공성 탄소 재료, 복합 재료 등과 같은 전극 재료에 중점을두고 있습니다. 중국 과학원 대련 화학 물리 연구소 장홍장 (Zhang Hongzhang)이 개발 한 탄소 소재는 큰 기공 부피 (> 4.0 cm3 / g), 높은 비 표면적 (> 1500 m2 g) 과 높은 유황 함량 (> 70 %). 황 함량이 높은 상태 (3 mg / cm 2)에서 0.1 C 방전의 특정 비 용량은 1 200 mAh / g입니다. 하이난 대학교의 첸용 교수는 2 차원 아코디언 구조의 Ti 3 C 2를 양극 재료로 사용합니다. S / Ti 2 C 3 복합재를 얻기 위해 황과 결합 된 초기 방전 용량은 200mAh / g의 전류에서 1 291mAh / g에 도달하였으며, 사이클의 가역 용량은 여전히 970mAh / g.5이었다. 3 flow battery 대련 화학 및 물리학 연구소의 Zhang Huamin 연구원은 액체 전지 에너지 저장 기술의 연구 진행 및 응용에 관한 보고서를 발표하고 액체 전지 전해액, 비 불소 이온 전도 막 및 고비 전력 반응기. 그리고 유동 전지 시스템의 연구 결과. 그들은 에너지 밀도 81.2 %의 전류 밀도 120mA / cm2에서 충전 및 방전되는 32kW 클래스의 고전력 밀도 배터리 스택을 개발하여 대규모 생산이 가능하게되었으며이 중 5MW / 10MWh 흐름 전지 에너지 저장 시스템은 계통에 구현되었습니다 .6 결론 리튬 이온 배터리, 수퍼 커패시터 및 연료 전지는 여전히 배터리 연구의 초점입니다. 나트륨 이온 배터리, 플로우 배터리 및 리튬 - 유황 배터리와 같은 다른 배터리도 진화하고 있습니다. 다양한 종류의 배터리에 대한 현재의 연구 초점은 더 높은 용량, 효율, 사이클 성능 및 안전 성능을 달성하기 위해 전극 물질을 개발하는 것이다. 모든 고체 전해질 물질에 대한 소개
출처 : Meeyou Carbide