2018 Enerji Depolama ve Güç Aküsü Üzerine Araştırmalar

1. 1 katod malzemesi Lityum-iyon batarya katod malzemeleri, esas olarak lityum bakımından zengin manganez bazlı malzemeler, üçlü bileşik malzemeler, spinel tipi LiMn204, lityum demir fosfat ve lityum nikel manganez okside ayrılır. Li bakımından zengin manganez esaslı katı çözelti katod malzemesi Li 1 + x M 1 - x 02 (M, Ni, Co ve Mn gibi bir geçiş metalidir), yüksek özgül kapasiteye (> 200 mAh / g), yüksek enerji yoğunluğuna, düşük maliyet ve çevre koruma Dostu, vb., ancak düşük başlangıç deşarj verimliliği, düşük coulombic verimlilik, düşük çevrim ömrü, yetersiz yüksek sıcaklık performansı ve düşük oran performansı gibi eksiklikler vardır. Çin Bilimler Akademisi, Fizik Enstitüsü'nden araştırmacı Wang Zhaoxiang, deneysel araştırmayı teorik hesaplamalarla birleştiriyor. Mn göçünün itici gücünün araştırılmasından itibaren, bu makale Mn göçünün neden olduğu bir dizi problemi incelemekte ve Mn göçünü engellemek için bir yöntem önermektedir. Xiangtan Üniversitesi'nden Profesör Wang Xianyou, malzeme yapısı ile performans arasındaki ilişkiden başladı ve malzeme yapısı, tasarım malzemesi bileşimi (O fazla), malzeme fazı bileşimi (Eş-katkılı) ve yüzey modifikasyonu (polianilin ile kaplanmış) kontrol edilerek iyileştirildi ve geliştirildi . Lityum malzeme performansının yolu. Kaplama modifikasyonunda, Changsha Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden Profesör Chen Zhaoyong derinlemesine bir çalışma yürütmüştür: lityum bakımından zengin manganez esaslı katod malzemesinin yüzeyine mikro gözenekli bir Al2O3 / PAS çift katmanlı kaplama yapısı yapılmıştır. ve katod materyali, 0.1 C oranında olmuştur. Spesifik kapasite, 280 mAh / g'ye kadardır ve 100 ° C'de, 100 ° C'de, hala% 98 kapasite tutma ve malzemenin yapısal dönüşümü yoktur. Ni-Co-Mn üçlü katot malzemesinin araştırılması, kapasiteyi, döngü karakteristiklerini ve hız performansını daha da iyileştirmek için esas olarak kompozisyon ve hazırlama koşullarını, kaplama veya doping modifikasyonunu vb. Optimize etmeye odaklanır. İlk boşalma özel kapasitesinin ilk boşalma özel kapasitesi 209. 4 mAh / g, 1. 0 C. Malzemenin ilk boşalma özel kapasitesi 0'dır. 1 C mAh / g, 1. 0 C.% 7 % 95,5'lik bir tutma oranı, yüksek sıcaklıklarda kapasite tutma oranı hala% 87,7'dir. Kaplama malzemesi ayrıca, üçlü pozitif elektrot malzemesinin dengesini artırabilen LiTi02, Li2Zr03 veya benzeri olabilir. Spinel LiMn204'ün katı faz yanma sentezi ile hazırlanması reaksiyon sıcaklığını azaltabilir, reaksiyon hızını hızlandırabilir ve ürünün kristal yapısını iyileştirebilir. Spinel LiMn204'ü değiştirmek için ana yöntemler, ZnO, A1203, doping Cu, Mg ve Al kaplaması gibi kaplama ve katkılamadır. Lityum demir fosfatın modifikasyonundan bahsedilir. Kullanılan yöntemler, element birlikte katkılı (vanadyum iyonu ve titanyum iyonu gibi), ferrosen ve diğer katalitik grafitleme katkı maddelerinin eklenmesi ve grafen, karbon nanotüpler ve benzeri ile bileşikleştirmedir. Lityum nikel manganat katod malzemeleri için, doping modifikasyonu ve kaplaması yapılarak ve sentez yöntemlerini ve işlemlerini iyileştirerek yüksek sıcaklık kararlılığı da geliştirilebilir. Diğer araştırmacılar, karbonil konjuge ftalosiyanin bileşikleri gibi bazı diğer katot malzemeleri türlerini, başlangıçta 850 mAh / g deşarj kapasitesi olan; grafen-mesoporous karbon / selenyum (G-MCN / Se) üçlü Kompozit film pozitif elektrot için selenyum içeriği% 62 iken, 1 C'lık ilk boşalma özgül kapasitesi 432 mAh / g idi ve 385 mAh / g'de kaldı 1 300 döngüden sonra, iyi döngü kararlılığı gösteriyor.1.2 Anot malzemesi Grifit malzemeleri şu anda ana anot malzemeleridir, ancak araştırmacılar diğer anot malzemelerini araştırmaktadır. Katot materyali ile karşılaştırıldığında, anot materyali belirgin bir araştırma sıcak noktasına sahip değildir. Elektrolit, katı bir elektrolit faz arayüzü (SEI) membranı oluşturmak için pilin ilk döngüsü sırasında grafit anot yüzeyinde indirgeyici bir şekilde ayrışır ve ilk geri dönüşümsüz kapasite kaybına neden olur, ancak SEI membranı elektrolitin devam etmesini önleyebilir grafit yüzeyde ayrışır, böylece elektrotu korur. Rolü. Güney Çin Normal Üniversitesi'nden Zhang Ting, grafit anot ve elektrolit arasındaki uyumu arttırmak ve bataryanın elektrokimyasal performansını iyileştirmek için SEI film oluşturucu bir katkı maddesi olarak dimetil sülfit ekledi. Bazı araştırmacılar nano-titanat-karbon kompozitlerini anot malzemeleri olarak kullanmış ve hız performansını ve döngü dengesini arttırmak için magnetron püskürtme ile ZnO, A1203 ve diğer malzemelerle kaplanmış; spreyle kurutma pirolizi Metotla hazırlanan silikon-karbon kompozit anot materyali, 1 033'lük bir ilk boşalma özel kapasitesine sahiptir. 100 mA / g'lık bir akımda 2 mAh / g, ve% 77.3'lük bir ilk şarj ve boşalma verimi; kendinden destekli esnek silikon / grafen Kompozit film anot materyali, 100 mA / g'lik bir akımda 50 kez çevrildi, spesifik kapasite hala 1 500 mAh / g idi ve coulombik verim,% 99 veya daha fazla stabilize edildi. Bunun nedeni, grafen levhaların yüksek elektriksel iletkenliğe ve esnekliğe sahip olmasıdır.1.3 lityum iyon pilElektrolit Geleneksel karbonat elektrolit sistemi, yanıcılık ve zayıf termal stabilite gibi problemlere sahiptir. Parlama noktası yüksek, tutuşmazlığı, geniş elektrokimyasal stabilite penceresi ve geniş sıcaklık uyarlanabilirliği olan bir elektrolit sistemi geliştirir. Lityum iyon piller için anahtar bir malzemedir.2 NiMH pil Nikel metal hidrit pillerde bir araştırma alanı, hidrojen depolama alaşımlı malzemelerdir. Guangxi Üniversitesi'nden Profesör Guo Jin, sıvı azot sıcaklığındaki hızlı soğutmanın ve mekanik bilyalı öğütmenin denge dışı muamelesinin Mg 17 Al 12 alaşımının hidrojen depolama performansını düzenlediğine inanmaktadır. Guangxi Üniversitesi'nden Doçent Doktor Lan Zhiqiang, Mg 90 Li 1 - x Si x (x = 0, 2, 4 ve 6) kompozit hidrojen depolama malzemeleri hazırlamak için mekanik alaşımla birleştirilmiş ısıl işlem işlemini kullandı ve Si'ye ilaveye Si ilavesi çalıştı. Mg-Li sisteminin katı çözelti depolaması. Hidrojen performansının etkisi. Nadir toprak elementlerinin eklenmesi, hidrojen emme ve desorpsiyon döngüsü sırasında şekilsizleştirme fenomenini ve alaşım bileşiminin orantısızlaştırma işlemini engelleyebilir ve alaşımın geri dönüşümlü hidrojen emilimini ve desorpsiyonunu artırabilir. Piyasadaki geleneksel hidrojen depolama alaşımlı malzemeler çoğunlukla nadir toprak elementleri (La) ile katkılı. , Ce, Pr, Nd, vb.), Ancak Pr ve Nd'nin fiyatı daha yüksektir. Zhu Xilin, bir nikel-hidrojen pilinde Pr ve Nd ile katlanmayan bir AB5 hidrojen depolama alaşımının uygulandığını bildirdi. Elektrikli veri yoluna uygulanan kare batarya güvenli bir şekilde 100 000 km boyunca çalıştırıldı. Hidrojen depolama malzemeleri için bir başka araştırma noktası, Mg (BH2) 2 -2LiH, 4MgH2-Li3AlH6, Al-Li3AiH6 ve NaBH4-CO (NH2) 2 gibi metal azot hidritleridir. Parçacık boyutunun düşürülmesi ve bir alkali metal katkı maddesi eklenmesi, metal koordinasyon hidrojen depolama malzemesinin hidrojen depolama performansını artırabilir, burada parçacık büyüklüğü azaltılır, bu esas olarak yüksek enerjili mekanik bilyalı öğütme ile elde edilir. Guilin Elektronik Teknolojisi Üniversitesi'nden Profesör Sun Lixian tarafından bildirilen Amin-Dekore edilmiş 12-Bağlantılı MOF CAU-1 malzemesi, CO2 emisyonunun azaltılması ve hidrojen depolanması için büyük önemi ve uygulama değeri olan mükemmel H2, CO2 ve metanol adsorpsiyon özelliklerine sahiptir. . Ayrıca 4MgH2-L3A3H3H, Al-Li3AiH6 ve NaBH4 -CO (NH2) 2 gibi çeşitli alüminyum bazlı alaşımlı hidrojen üreten malzemeler geliştirdiler, yakıt hücreleriyle birlikte kullanılırlar. 3 süper kapasitörler Yüksek hızlı performans ve uzun çevrim ömrüne sahip elektrot malzemeleri için araştırma, karbonlu gözenekli karbon malzemeler, biyokütle karbon malzemeler ve karbon kompozit malzemeler gibi en yaygın süper kapasitör elektrot malzemeleri olduğu süper kapasitörler üzerine yapılan araştırmaların odak noktasıdır. Bazı araştırmacılar nano gözenekli karbon aerojel malzemeleri hazırlamış ve iyi elektrokimyasal kapasitans özelliklerinin üç boyutlu ağ iskeleti yapısından ve ultra yüksek spesifik yüzey alanından geldiğini kanıtlamıştır. Huazhong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden Nie Pengru, üç boyutlu gözenekli bir karbon materyali elde etti ve atık kurşun asit pillerin sitrik asit ıslak liçi yoluyla geri kazanılması sürecinde süper kapasitörler için bir elektrot malzemesi olarak kullandı. Bu yöntem, enerji depolama endüstrisi ile çevre koruma endüstrisinin yakın entegrasyonunu teşvik edebilir ve iyi ekolojik ve çevresel faydalar sağlayabilir. Araştırmacılar ayrıca, süper kapasitörler için farklı biyokütle karbon malzemelerinin (sakaroz, polen, alg vb.) Elektrot malzemeleri olarak kullanımını da araştırdılar. Kompozit malzemeler açısından, araştırmacılar sandviç şekilli bir MoO3 / C kompozit malzeme tasarlamışlardır, a-MoO3 katmanı ve grafen katmanı yatay olarak bir araya getirilmiş ve istiflenmiştir; bunlar mükemmel elektrokimyasal özelliklere sahiptir; grafen / karbon kuantum nokta kompoziti Malzeme, 0,5 A / g'lik bir akımda spesifik kapasitansı olan 256 F / g olan bir elektrot malzemesi olarak da kullanılabilir. Shaanxi Normal Üniversitesi'nden Profesör Liu Zonghuai, 456 m2 / g spesifik yüzey alanına ve 0.25 A / g'lik bir akımda 281 F / g spesifik kapasitansa sahip mangan oksit nanoparçacıklarından birleştirilen bir gözenekli manganez oksit nanoelektrot materyali hazırladı. Güney Çin Teknoloji Üniversitesi'nden Liu Peipei, 11 A / g'lık bir akımda 1 988.6 F / g'lık bir kapasitansa sahip üç boyutlu bir nano-çiçekli NiO-Co3O4 kompozit malzeme hazırladı ve kapasite tutma oranı 1.500 devir. % 94.0; Nankai Üniversitesi'nden Wang Yijing, farklı morfolojileri olan NiCo 2 O 4 malzemelerinin büyüme mekanizması, mikro yapısı ve performansını inceledi. Chongqing, Fen Edebiyat Üniversitesi'nden Tang Ke, eşdeğer direnç ve şarj akımı arasındaki ilişkiyi analiz etti. Kapasitans, depolama kapasitesi ve süper kapasitörün şarj verimliliğini akımla değiştirmek için eşdeğer devre modeli kullanıldı. Süper kapasitörün sıcaklık depolama performansı tartışıldı. Etki 4 yakıt hücresi Proton değişim membranlı yakıt hücrelerinin (PEMFC) ticarileştirilmesi, öncelikle maliyet ve uzun ömür ile sınırlandırılmıştır. PEMFC'de kullanılan katalizör esas olarak Pt gibi asil bir metal olduğundan, çalışma ortamında maliyetli ve kolay bir şekilde parçalanır, bu da katalitik aktivitede bir düşüşe yol açar. Çin Bilimler Akademisi Dalian Kimyasal Fizik Enstitüsü'nden araştırmacı Shao Zhigang, kullanılan Pt miktarını azaltmak ve katalizörün aktivitesini artırmak için Pd'yi tanıtan bir Pd-Pt çekirdek kabuk katalizörü rapor etti. Ek olarak, araştırmacılar, yüksek aktivite ve yüksek stabiliteye sahip PEMFC metal oksijen indirgeme katalizörü elde etmek için polimer stabilizasyonu, yüzey gruplandırma ve metal yüzey karbon kümesi modifikasyonu kullanarak metal ve taşıyıcı arasındaki etkileşimi geliştirmiştir. Pekin Teknoloji Enstitüsü'nden Cao Tai, tepesinde kobalt nanopartikülleri bulunan tek tip, azot katkılı, bambu şekilli karbon nanotüplerin sentezi için hafif, düşük maliyetli ve büyük ölçekli bir sentez yöntemi sundu. Ürünler mükemmel özelliklere sahiptir. Redoks katalitik aktivite. Konvansiyonel platin bazlı katalizörlerin yerini alabilen yakıt hücreleri için karbon bazlı katalizörler ve diğer platin olmayan katalizörler, hidrotermal karbonizasyon, yüksek sıcaklıkta termal çatlama, vb. İle elde edilir ve ticari platin karbon katalizörleriyle karşılaştırılabilir performansa sahiptir. batteries5. 1 sodyum iyonu batarya Na0. 44 Mn02 malzemesinin şarj ve deşarj süreci Northeastern Üniversitesi'nden Dai Kehua'da çalışıldı. Düşük yüzeyde malzeme yüzeyinde Mn2 + 'nın oluştuğu tespit edildi. İletken reçine fenolik reçine PFM, saf Sn tozunun geri dönüşümlü spesifik kapasitesini artırabilir. Sabit şarj ve deşarj sağlamak için. Zhongnan Üniversitesi Xiao Zhongxing ve diğ. Daha yüksek saflıkta Na 0. 44 Mn02 sentezlemek için hidrotermal yöntem ve yüksek sıcaklık katı faz yöntemi ile sinterlenir ve metal sodyum, 0 kapasiteli bir düğme tipi pili monte etmek için negatif elektrot olarak kullanılmıştır. 5 kez 20 kez döngü. Elde tutma oranı% 98.9; Shanghai Electric Power College'den Zhang Junxi, sodyum iyon piller için katod malzemesi olarak kullanılan ve iyi elektrokimyasal performansa sahip olan olivin yapısının NaFePO 4 kristalitlerini sentezledi. Guilin Elektronik Teknolojisi Üniversitesi'nden Doçent Doktor Deng Jianqiu, hidrotermal yöntemle nano-lineer bir stronsiyum sülfit hazırladı ve sodyum iyon pilleri için negatif elektrot malzemesi olarak kullandı. Malzeme 100 mA / g'de ilk boşalma özel 552 mAh / g kapasitesine sahiptir. 55 devirden sonra, kapasite tutma% 85.5'tir. 2 A / g'de 40 kez döngülenir ve 100 mA'ya geri döner / g'nin akımı ve deşarjın spesifik kapasitesi, 580 mAh / g'ye geri yüklenir; bu, negatif elektrot malzemesinin çevrim performansının iyi olduğunu ve Yapı, büyük bir akım döngüsünden sonra sabit tutulabilir. 2 lityum-kükürt bataryası: Lityum-kükürtlü bataryalarda yapılan araştırmalar şu anda, batarya güvenliğini, kullanım ömrünü ve enerji yoğunluğunu arttırmayı amaçlayan gözenekli karbon malzemeler, kompozit malzemeler vb. Gibi elektrot malzemelerine odaklanmaktadır. Çin Bilimler Akademisi Dalian Kimyasal Fizik Enstitüsü'nden Zhang Hongzhang tarafından geliştirilen karbon materyali yüksek bir gözenek hacmine (> 4.0 cm 3 / g), yüksek bir yüzey alanına (> 1 500 m 2 g) sahiptir, ve yüksek bir kükürt içeriği (>% 70). Yüksek kükürt içeriği (3 mg / cm2) koşullarında, 0.1 C deşarjın özgül kapasitesi 1 200 mAh / g'dir; Hainan Üniversitesi'nden Profesör Chen Yong, pozitif elektrot malzemesi olarak iki boyutlu akordeon yapıdaki Ti3C2'yi kullanıyor. S / Ti2C3 kompozit elde etmek için kükürtle birleştirildiğinde, başlangıçtaki boşalma spesifik kapasitesi 200 mAh / g'lik bir akımda 1 291 mAh / g'ye ulaştı ve döngünün geri dönüşümlü spesifik kapasitesi hala 970 mAh / g.5 idi. Çin Bilim Akademisi Dalian Kimya ve Fizik Enstitüsünden 3 akışlı pil araştırmacısı Zhang Huamin, sıvı pil enerji depolama teknolojisinin araştırma ilerleyişi ve uygulaması hakkında bir rapor verdi ve sıvı pil elektrolit, florür olmayan iyon iletken membranların gelişimindeki gelişmeyi tanıttı ve yüksek spesifik güç reaktörü. Akü batarya sisteminde araştırma sonuçları. 5 MW / 10 MWh akışa sahip büyük ölçekli üretimi mümkün kılan,% 81,2'lik bir enerji verimliliği ile 120 mA / cm2'lik bir akım yoğunluğunda şarj edilip boşaltılan 32 kW sınıfı yüksek güç yoğunluklu bir akü yığını geliştirdiler. Batarya Enerji depolama sistemi şebekeye uygulanmıştır.6 Sonuç Lityum-iyon bataryalar, süper kapasitörler ve yakıt hücreleri hala bataryalar üzerindeki araştırmaların odak noktasıdır; sodyum iyonlu bataryalar, akışlı bataryalar ve lityum-kükürt bataryalar gibi diğer bataryalar da değişmektedir. Farklı tipteki pillerin mevcut araştırma odağı, daha yüksek kapasite, verimlilik, çevrim performansı ve güvenlik performansı elde etmek için elektrot malzemeleri geliştirmek için hala devam ediyor. Tüm katı elektrolit malzemelerine giriş
Kaynak: Meeyou Karbür