Прогресс исследований 2018 года в области аккумулирования энергии и аккумуляторов

1. 1 катодный материал. Литий-ионный аккумулятор. Катодные материалы в основном делятся на богатые литием материалы на основе марганца, тройные композиционные материалы, шпинельный тип LiMn 2 O 4, литий-железо-фосфат и литий-никель-марганцевый оксид. Материал катодного твердого раствора на основе марганца на основе Li, Li 1 + x M 1 - x O 2 (M представляет собой переходный металл, такой как Ni, Co и Mn) с высокой удельной емкостью (> 200 мАч / г), высокой плотностью энергии, низкая стоимость и защита окружающей среды и т. д., но есть недостатки, такие как низкая начальная эффективность разряда, низкая кулоновская эффективность, плохой срок службы цикла, неудовлетворительные характеристики при высоких температурах и низкая производительность. Исследователь Ван Чжаосян из Института физики Академии наук Китая сочетает экспериментальные исследования с теоретическими расчетами. Из исследования движущей силы миграции Mn, эта статья исследует ряд проблем, вызванных миграцией Mn, и предлагает метод, препятствующий миграции Mn. Профессор Ван Сянью из Сянтаньского университета начал с взаимосвязи между структурой материала и эксплуатационными характеристиками и улучшил его, оптимизировав структуру материала, конструкцию материала (избыток О), контроль фазового состава материала (совместное легирование) и модификацию поверхности (покрытие полианилином). , Способ выполнения литиевого материала. В модификации покрытия профессор Чен Чжаоюн из Чаншинского университета науки и технологии провел углубленное исследование: на поверхности катодного материала на основе марганца на основе марганца на основе лития была построена микропористая двухслойная структура оболочки Al 2 O 3 / PAS. и материал катода имел скорость 0,1 ° C. Удельная емкость составляет до 280 мАч / г, и после 100 циклов при 0,2 ° C сохраняется 98% сохранение емкости и отсутствие структурного превращения материала. Исследование материала тройного катода Ni-Co-Mn в основном направлено на оптимизацию состава и условий приготовления, модификации покрытия или легирования и т. Д., Чтобы дополнительно улучшить емкость, характеристики цикла и показатели скорости. Удельная емкость для первого разряда для удельной емкости для первого разряда составляет 209. 4 мАч / г, 1,0 ° С. Удельная емкость для первого разряда материала составляет 0,1 С мАч / г, 1,0 ° С. 7% acity Емкость коэффициент удержания 95,5%, коэффициент удерживания емкости при высоких температурах по-прежнему составляет 87,7%. Материалом покрытия также может быть LiTiO 2, Li 2 ZrO 3 или тому подобное, что может улучшить стабильность материала тройного положительного электрода. Получение шпинели LiMn 2 O 4 твердофазным синтезом сгоранием может снизить температуру реакции, ускорить скорость реакции и улучшить кристаллическую структуру продукта. Основными методами модификации шпинели LiMn 2 O 4 являются нанесение покрытия и легирование, например нанесение покрытия на ZnO, Al 2 O 3, легирование Cu, Mg и Al. Упоминается модификация фосфата лития-железа. Используемые методы включают совместное легирование элементов (таких как ион ванадия и ион титана), добавление ферроцена и других добавок для каталитической графитизации и смешивание с графеном, углеродными нанотрубками и т.п. Для катодных материалов из литий-никелевого манганата также можно улучшить стабильность при высоких температурах путем легирования и нанесения покрытий, а также путем улучшения методов и процессов синтеза. Другие исследователи предложили некоторые другие типы катодных материалов, такие как соединения фталоцианина, конъюгированные с карбонилом, с начальной удельной емкостью разряда 850 мАч / г; тройной графен-мезопористый углерод / селен (G-MCN / Se) Для композитного пленочного положительного электрода, когда содержание селена составляло 62%, удельная емкость первого разряда 1 C составляла 432 мАч / г и оставалась на уровне 385 мАч / г. после 1300 циклов, показывая хорошую стабильность цикла.1.2 Материал анодаГрафитовые материалы в настоящее время являются основными материалами анода, но исследователи изучают другие материалы анода. По сравнению с катодным материалом, анодный материал не имеет явной горячей точки исследования. Электролит будет восстановительно разлагаться на поверхности графитового анода в течение первого цикла батареи, образуя мембрану раздела фаз твердого электролита (SEI), что приводит к первой необратимой потере емкости, но мембрана SEI может препятствовать продолжению электролита. разложиться на поверхности графита, тем самым защищая электрод. Роль. Чжан Тин из Южно-Китайского педагогического университета добавил диметилсульфит в качестве пленкообразующей добавки SEI для улучшения совместимости графитового анода и электролита и улучшения электрохимических характеристик батареи. Некоторые исследователи использовали нанотитанат-углеродные композиты в качестве анодных материалов и покрывали ZnO, Al 2 O 3 и другими материалами путем магнетронного распыления для улучшения характеристик скорости и стабильности цикла; пиролиз распылительной сушки. Кремний-углеродный композитный анодный материал, полученный этим способом, имеет удельную емкость первого разряда 1 033,2 мАч / г при токе 100 мА / г и эффективность первого заряда и разряда 77,3%; Самонесущий гибкий кремний / графен. Материал анодной композитной пленки был циклически повторен 50 раз при токе 100 мА / г, удельная емкость все еще составляла 1 500 мАч / г, и кулоновская эффективность стабилизировалась на уровне 99% или более. Причина в том, что графеновые листы имеют высокую электропроводность и гибкость. 1.3 литий-ионный аккумулятор Электролит Традиционная система карбонатного электролита имеет такие проблемы, как воспламеняемость и плохая термостабильность. Это развивает систему электролита с высокой температурой вспышки, невоспламеняемостью, широким окном электрохимической стабильности и широкой температурной адаптивностью. Это ключевой материал для ионно-литиевых батарей. 2 NiMH батарея. Исследовательская точка в никель-металлогидридных батареях - это материалы для хранения водорода. Профессор Гуо Цзинь из Университета Гуанси считает, что быстрое охлаждение при температуре жидкого азота и неравновесная обработка при механическом измельчении шариков регулируют характеристики накопления водорода в сплаве Mg 17 Al 12. Доцент Лан Чжицян из Университета Гуанси использовал процесс термообработки в сочетании с механическим легированием для получения композиционных материалов для хранения водорода Mg 90 Li 1 - x Si x (x = 0, 2, 4 и 6) и исследовал добавление Si в хранение твердого раствора системы Mg-Li. Эффект водородной производительности. Введение редкоземельных элементов может ингибировать явление аморфизации и процесс диспропорционирования состава сплава во время цикла поглощения и десорбции водорода и увеличить обратимое поглощение и десорбцию водорода сплавом. Традиционные материалы для хранения водорода, представленные на рынке, в основном легированы редкоземельными элементами (La). , Ce, Pr, Nd и т. Д.), Но цена Pr и Nd выше. Чжу Силин сообщил о применении сплава для хранения водорода AB 5, не легированного Pr и Nd, в никель-водородной батарее. Квадратная батарея, приложенная к электрическому автобусу, была безопасно эксплуатирована на протяжении 100 000 км. Другой исследовательской точкой для материалов, накапливающих водород, являются гидриды азотных металлов, такие как Mg (BH 2) 2 -2LiH, 4MgH 2 - Li 3 AlH 6, Al-Li 3 AiH 6 и NaBH 4 -CO (NH 2) 2. Уменьшение размера частиц и добавление добавки щелочного металла может улучшить характеристики накопления водорода в материале для хранения координационного водорода, содержащего металл, причем размер частиц уменьшается, что в основном достигается за счет механического измельчения с высокой энергией. Материал с декорированным амином 12-соединенным MOF CAU-1, о котором сообщил профессор Сунь Лисянь из Университета электронной технологии Гуйлинь, обладает превосходными адсорбционными свойствами H 2, CO 2 и метанола, которые имеют большое значение и полезную ценность для снижения выбросов CO 2 и хранения водорода , Они также разработали различные материалы, генерирующие водород из алюминиевых сплавов, такие как 4MgH 2 -Li 3 AlH 6, Al-Li 3 AiH 6 и NaBH 4 -CO (NH 2) 2, которые используются в сочетании с топливными элементами. 3 суперконденсаторы. Поиск электродных материалов с высокими показателями производительности и длительным сроком службы находится в центре исследований суперконденсаторов, среди которых углеродные материалы являются наиболее распространенными суперконденсаторными электродными материалами, такими как пористые углеродные материалы, углеродные материалы из биомассы и углеродные композитные материалы. Некоторые исследователи подготовили нанопористые углеродные аэрогелевые материалы и доказали, что хорошие характеристики электрохимической емкости обусловлены трехмерной структурой каркаса сети и сверхвысокой удельной площадью поверхности. Nie Pengru, Университет Науки и Технологии Huazhong, получил трехмерный пористый углеродный материал и использовал его в качестве электродного материала для суперконденсаторов в процессе восстановления отработанных свинцово-кислотных батарей путем влажного выщелачивания лимонной кислотой. Этот метод может способствовать тесной интеграции отрасли накопления энергии и отрасли охраны окружающей среды, а также обеспечить хорошие экологические и экологические преимущества. Исследователи также исследовали использование различных углеродных материалов биомассы (сахароза, пыльца, водоросли и т. Д.) В качестве электродных материалов для суперконденсаторов. Что касается композитных материалов, исследователи разработали композитный материал MoO 3 / C в форме сэндвича, слой α-MoO 3 и слой графена имеют горизонтальное чередование и укладываются друг на друга, что имеет превосходные электрохимические свойства; композит графен / углерод с квантовыми точками. Материал также может быть использован в качестве электродного материала с удельной емкостью 256 Ф / г при токе 0,5 А / г. Профессор Лю Zonghuai из Университета Шэньси подготовил мезопористый наноэлектродный материал из оксида марганца, собранный из наночастиц оксида марганца с удельной поверхностью 456 м 2 / г и удельной емкостью 281 Ф / г при токе 0,25 А / г. Лю Пейпей из Южно-Китайского технологического университета подготовил трехмерный наноцветковый композиционный материал NiO-Co 3 O 4 с удельной емкостью 1 988. 6 Ф / г при токе 11 А / г и коэффициентом удержания емкости 1500 циклов. 94,0%; Ван Ицзин из Нанкайского университета изучал механизм роста, микроструктуру и характеристики материалов NiCo 2 O 4 с различной морфологией. Тан Ке из Чунцинского университета искусств и наук проанализировал взаимосвязь между эквивалентным сопротивлением и зарядным током. Модель эквивалентной схемы была использована для изучения изменения емкости, емкости накопителя и эффективности зарядки суперконденсатора с током. Температура хранения производительности суперконденсатора была обсуждена. Воздействие. 4 топливный элемент. Коммерциализация топливных элементов с протонообменной мембраной (PEMFC) в первую очередь ограничена стоимостью и долговечностью. Поскольку катализатор, используемый в PEMFC, представляет собой в основном благородный металл, такой как Pt, он является дорогостоящим и легко разлагается в рабочей среде, что приводит к снижению каталитической активности. Исследователь Шао Чжиган из Даляньского института химической физики Академии наук Китая сообщил о катализаторе Pd-Pt с ядром-оболочкой, который вводит Pd для уменьшения количества используемого Pt и повышения активности катализатора. Кроме того, исследователи улучшили взаимодействие между металлом и носителем, используя стабилизацию полимера, группирование поверхности и модификацию углеродного кластера поверхности металла, чтобы получить катализатор восстановления кислорода PEMFC металла с высокой активностью и высокой стабильностью. Цао Тай из Пекинского технологического института представил легкий, недорогой и крупномасштабный метод синтеза для синтеза однородных, легированных азотом, бамбуковых углеродных нанотрубок с наночастицами кобальта наверху. Продукты имеют отличные свойства. Окислительно-восстановительная каталитическая активность. Углеродные катализаторы и другие неплатиновые катализаторы для топливных элементов, которые могут заменить традиционные катализаторы на основе платины, получают путем гидротермальной карбонизации, высокотемпературного термического крекинга и т. Д. И имеют сопоставимые характеристики с коммерческими платиновыми углеродными катализаторами5. batteries5. 1 ионно-натриевая батарея. Процесс зарядки и разрядки материала Na 0, 44 MnO 2 был изучен в Dai Kehua Северо-Восточного университета. Было обнаружено, что Mn 2+ образовывался на поверхности материала с низким потенциалом. Проводящая смола, фенольная смола PFM могла бы улучшить обратимую удельную емкость чистого порошка Sn. Для достижения стабильной зарядки и разрядки. Университет Чжуннань Сяо Чжунсин и др. спекается гидротермальным методом и высокотемпературным твердофазным методом для синтеза Na0,44 с более высокой чистотой. 44 MnO 2, а металлический натрий используется в качестве отрицательного электрода для сборки батареи кнопочного типа емкостью 0. 5 С цикл 20 раз. Коэффициент удержания составил 98,9%; Чжан Цзюньси из Шанхайского электротехнического колледжа синтезировал кристаллиты NaFePO 4 оливиновой структуры, которые использовались в качестве катодного материала для ионно-натриевых батарей и имели хорошие электрохимические характеристики. Доцент Дэн Цзяньцю из Университета электронной технологии в Гуйлине приготовил нанолинейный сульфид стронция гидротермальным методом и использовал его в качестве материала отрицательного электрода для натриево-ионных батарей. Материал имеет первую разрядную удельную емкость 552 мАч / г при 100 мА / г. После 55 циклов сохранение емкости составляет 85,5%. Он циклически повторяется 40 раз при 2 А / г и возвращается к 100 мА / Ток g и удельная емкость разряда восстанавливаются до 580 мАч / г, что указывает на хорошие характеристики цикла материала отрицательного электрода, и структура может оставаться стабильной после большого цикла тока. 2 Литиево-серая батарея. Изучение литий-серных батарей в настоящее время сосредоточено на электродных материалах, таких как пористые углеродные материалы, композитные материалы и т. Д., Нацеленных на повышение безопасности батареи, срока службы и плотности энергии. Углеродный материал, разработанный Чжан Хунчжаном из Далянского института химической физики Академии наук Китая, имеет большой объем пор (> 4,0 см 3 / г), высокую удельную поверхность (> 1 500 м 2 г), и высокое содержание серы (> 70%). В условиях высокого содержания серы (3 мг / см 2) удельная удельная емкость разряда 0,1 С составляет 1 200 мАч / г; Профессор Чен Ён из Университета Хайнаня использует Ti 3 C 2 двумерной аккордеонной структуры в качестве материала положительного электрода. В сочетании с серой для получения композита S / Ti 2 C 3 начальная удельная емкость разряда достигала 1 291 мАч / г при токе 200 мАч / г, а обратимая удельная емкость цикла была еще 970 мАч / г.5. Батарея с 3-мя потоками. Исследователь Чжан Хуамин из Даляньского института химии и физики Академии наук Китая выступил с докладом о ходе исследований и применении технологии накопления энергии в жидких батареях, а также представил информацию о прогрессе в разработке электролита на жидких батареях, нефторид-ионопроводящей мембраны и реактор с высокой удельной мощностью. И результаты исследований в системе батареи потока. Они разработали аккумуляторную батарею с большой плотностью потока мощностью 32 кВт, которая заряжалась и разряжалась при плотности тока 120 мА / см 2 с энергетической эффективностью 81,2%, что позволяло осуществлять крупномасштабное производство, из которых поток 5 МВт / 10 МВтч батарея Система энергосбережения была реализована в сети6. Заключение Литий-ионные батареи, суперконденсаторы и топливные элементы по-прежнему находятся в центре внимания исследований батарей; другие батареи, такие как натриево-ионные батареи, проточные батареи и литиево-серные батареи, также развиваются. В настоящее время основное внимание в исследованиях различных типов аккумуляторов все еще уделяется разработке электродных материалов для достижения более высокой емкости, эффективности, циклических характеристик и показателей безопасности. Введение во все твердотельные электролитические материалы.
Источник: Meeyou Carbide