2018年储能与动力电池研究进展

1. 1正极材料锂离子电池正极材料主要分为富锂锰基材料，三元复合材料，尖晶石型LiMn 2 O 4，磷酸铁锂和锂镍锰氧化物。富锂锰基固溶体阴极材料Li 1 + x M 1 - x O 2（M是过渡金属，如Ni，Co和Mn），具有高比容（> 200 mAh / g），高能量密度，低成本，环保等友好，但存在初始放电效率低，库仑效率低，循环寿命差，高温性能不理想，速率性能低等缺点。中国科学院物理研究所研究员王兆祥将实验研究与理论计算相结合。通过对锰迁移驱动力的探索，本文研究了锰迁移引起的一系列问题，并提出了一种抑制锰迁移的方法。湘潭大学王先友教授从材料结构与性能的关系入手，通过优化材料结构，设计材料成分（O过量），控制材料相组成（Co掺杂）和表面改性（涂有聚苯胺）进行改进和改进。 。锂材料的性能方式。在涂料改性中，长沙理工大学陈兆勇教授进行了深入研究：在富锂锰基阴极材料表面构建了微孔Al 2 O 3 / PAS双层包覆结构。并且阴极材料的速率为0.1℃。比容量高达280mAh / g，在0.2℃下100次循环后，仍然有98％的容量保持率和材料没有结构转变。 Ni-Co-Mn三元阴极材料的研究主要集中在优化组成和制备条件，涂层或掺杂改性等方面，以进一步提高容量，循环特性和倍率性能。第一次放电比容量的第一次放电比容量为209. 4 mAh / g，1.0℃。该材料的首次放电比容量为0.1C mAh / g，1.0℃.7％。容量保留率为95.5％，高温下的容量保持率仍为87.7％。涂层材料也可以是LiTiO 2，Li 2 ZrO 3等，它们可以改善三元正电极材料的稳定性。通过固相燃烧合成制备尖晶石LiMn 2 O 4可降低反应温度，加快反应速度，改善产物的晶体结构。改性尖晶石LiMn 2 O 4的主要方法是涂覆和掺杂，如涂覆ZnO，Al 2 O 3，掺杂Cu，Mg和Al。提到了磷酸铁锂的改性。使用的方法是元素共掺杂（例如钒离子和钛离子），二茂铁和其他催化石墨化添加剂的添加，以及与石墨烯，碳纳米管等的配混。对于锰酸锂锰正极材料，通过掺杂改性和涂覆，以及改进合成方法和工艺，也可以改善高温稳定性。其他研究人员提出了一些其他类型的阴极材料，如羰基共轭酞菁化合物，其初始放电比容量为850 mAh / g;石墨烯 - 中孔碳/硒（G-MCN / Se）三元对于复合膜正极，当硒含量为62％时，1C的第一次放电比容量为432mAh / g，并保持在385mAh / g经过1 300次循环后，显示出良好的循环稳定性.1.2阳极材料石墨材料是目前主要的阳极材料，但研究人员一直在探索其他阳极材料。与阴极材料相比，阳极材料没有明显的研究热点。在电池的第一次循环期间，电解质将在石墨阳极的表面上还原分解，形成固体电解质相界面（SEI）膜，导致第一次不可逆容量损失，但SEI膜可以防止电解质继续在石墨表面分解，从而保护电极。角色。华南师范大学张婷加入亚硫酸二甲酯作为SEI成膜助剂，改善了石墨负极与电解质的相容性，提高了电池的电化学性能。一些研究人员使用纳米钛酸盐 - 碳复合材料作为阳极材料，并通过磁控溅射涂覆ZnO，Al 2 O 3等材料，以提高倍率性能和循环稳定性;喷雾干燥热解通过该方法制备的硅 - 碳复合负极材料在100mA / g的电流下具有1 033.2mAh / g的第一放电比容量，并且第一次充放电效率为77.3％;自支撑柔性硅/石墨烯复合膜阳极材料在100mA / g的电流下循环50次，比容量仍为1500mAh / g，并且库仑效率稳定在99％或更高。原因是石墨烯片具有高导电性和柔韧性.1.3锂离子电池电解质传统的碳酸盐电解质体系存在易燃性和热稳定性差等问题。它开发了一种具有高闪点，不易燃性，宽电化学稳定性窗口和宽温度适应性的电解质系统。它是锂离子电池的关键材料.2镍氢电池镍氢电池的研究热点是储氢合金材料。广西大学郭进教授认为，液氮快速冷却和机械球磨的非平衡处理调节了Mg 17 Al 12合金的储氢性能。广西大学蓝志强副教授采用热处理工艺结合机械合金化制备了Mg 90 Li 1 - x Si x（x = 0,2,4和6）复合储氢材料，并研究了Si的加入。固溶体储存Mg-Li体系。氢性能的影响。稀土元素的引入可以抑制合金组分在吸氢和解吸循环过程中的非晶化现象和歧化过程，增加合金的可逆吸氢和解吸。市场上常规的储氢合金材料大多掺杂有稀土元素（La）。 ，Ce，Pr，Nd等），但Pr和Nd的价格较高。朱锡麟报道了在镍氢电池中未掺杂Pr和Nd的AB 5储氢合金的应用。应用于电动公交车的方形电池已安全运行10万公里。储氢材料的另一个研究热点是金属氮氢化物，如Mg（BH 2）2 -2LiH，4MgH 2 - Li 3 AlH 6，Al-Li 3 AiH 6和NaBH 4 -CO（NH 2）2。减小粒径和添加碱金属添加剂可以改善金属配位储氢材料的储氢性能，其中颗粒尺寸减小，这主要通过高能机械球磨来实现。桂林电子科技大学孙立贤教授报道的Amine-Decorative12-Connected MOF CAU-1材料具有优异的H 2，CO 2和甲醇吸附性能，对二氧化碳减排和储氢具有重要意义和应用价值。 。他们还开发了各种铝基合金产氢材料，如4MgH 2 -Li 3 AlH 6，Al-Li 3 AiH 6和NaBH 4 -CO（NH 2）2，与燃料电池结合使用。 3超级电容器寻找具有高倍率性能和长循环寿命的电极材料是超级电容器研究的重点，其中碳材料是最常见的超级电容器电极材料，如多孔碳材料，生物质碳材料和碳复合材料。一些研究人员已经制备了纳米多孔碳气凝胶材料，并证明良好的电化学电容特性来自三维网络骨架结构和超高比表面积。华中科技大学聂鹏儒在柠檬酸湿浸法回收废铅酸蓄电池的过程中，获得了三维多孔碳材料，并将其用作超级电容器的电极材料。该方法可以促进储能产业与环保产业的紧密结合，产生良好的生态和环境效益。研究人员还探索了使用不同的生物质碳材料（蔗糖，花粉，藻类等）作为超级电容器的电极材料。在复合材料方面，研究人员设计了一种夹层状MoO 3 / C复合材料，α-MoO 3层和石墨烯层水平交错堆叠，具有优异的电化学性能;石墨烯/碳量子点复合材料该材料也可用作电极材料，在0.5A / g的电流下具有256F / g的比电容。陕西师范大学刘宗淮教授制备了一种介孔氧化锰纳米电极材料，由氧化锰纳米粒子组装而成，比表面积为456 m 2 / g，比电容为281 F / g，电流为0.25 A / g。华南理工大学刘培培制备了一种三维纳米花序NiO-Co 3 O 4复合材料，其电容率为1 988.6 F / g，电流为11A / g，电容保持率1,500个循环。 94. 0％;南开大学王义静研究了不同形貌的NiCo 2 O 4材料的生长机理，微观结构和性能。来自重庆文理学院的唐可分析了等效电阻与充电电流之间的关系。采用等效电路模型研究了超级电容器的电容，存储容量和充电效率随电流的变化。讨论了超级电容器的储温性能。影响4燃料电池质子交换膜燃料电池（PEMFC）的商业化主要受成本和寿命的限制。由于PEMFC中使用的催化剂主要是贵金属如Pt，因此在工作环境中成本高且容易降解，导致催化活性降低。来自中国科学院大连化学物理研究所的研究员邵志刚报道了一种Pd-Pt核壳催化剂，它引入Pd来减少Pt的用量，提高催化剂的活性。此外，研究人员通过聚合物稳定化，表面分组和金属表面碳簇改性，改善了金属与载体之间的相互作用，获得了高活性，高稳定性的PEMFC金属氧还原催化剂。北京理工大学的曹泰介绍了一种轻质，低成本，大规模的合成方法，用于合成均匀的氮掺杂竹节状碳纳米管，顶部有钴纳米颗粒。该产品具有优异的性能。氧化还原催化活性。用于燃料电池的碳基催化剂和其他非铂催化剂可以代替传统的铂基催化剂，通过水热碳化，高温热裂解等获得，并且具有与商业铂碳催化剂相当的性能。 batteries5。 1钠离子电池东北大学戴克华研究了Na 0.44 MnO 2材料的充放电过程。发现在低电位下在材料表面上形成Mn 2+。导电树脂酚醛树脂PFM可以提高纯锡粉的可逆比容量。实现稳定的充放电。中南大学肖忠兴等。采用水热法和高温固相法烧结合成高纯度Na 0.44 MnO 2，金属钠用作负极，组装纽扣型电池，容量为0。 5 C循环20次。保留率为98.9％;上海电力学院张俊熙合成了橄榄石结构的NaFePO 4微晶，用作钠离子电池的正极材料，具有良好的电化学性能。桂林电子科技大学邓剑秋副教授采用水热法制备了纳米线性硫化锶，并将其用作钠离子电池的负极材料。该材料在100mA / g下具有552mAh / g的第一放电比容量。经过55次循环后，容量保持率为85.5％。它以2 A / g循环40次并返回100 mA / g的电流和放电的比容量恢复到580 mAh / g，表明负极材料的循环性能良好，并且结构可以在大电流周期后保持稳定。 2锂硫电池锂硫电池的研究目前主要集中在电极材料，如多孔碳材料，复合材料等，旨在提高电池安全性，循环寿命和能量密度。中国科学院大连化学物理研究所张鸿章开发的碳材料孔隙体积大（> 4.0 cm 3 / g），比表面积大（> 1 500 m 2 g），和高硫含量（> 70％）。在高硫含量（3mg / cm 2）的条件下，0.1C放电的比容量为1200mAh / g;海南大学陈勇教授使用Ti 3 C 2二维手风琴结构作为正极材料。与硫结合得到S / Ti 2 C 3复合材料，初始放电比容量在200 mAh / g的电流下达到1 291 mAh / g，循环的可逆比容量仍为970 mAh / g。 3流电池中国科学院大连化学物理研究所张华民研究了液体电池储能技术的研究进展和应用，介绍了液体电池电解质，非氟离子导电膜的发展进展和高比功率反应堆。并研究流动电池系统的结果。他们开发了一种32千瓦级高功率密度液流电池组，以120 mA / cm 2的电流密度进行充放电，能效为81.2％，可实现大规模生产，其中5 MW / 10 MWh流量电池储能系统已在电网上实施.6结论锂离子电池，超级电容器和燃料电池仍是电池研究的重点;其他电池，如钠离子电池，液流电池和锂硫电池，也在不断发展。目前各类电池的研究重点仍在于开发电极材料，以实现更高的容量，效率，循环性能和安全性能。所有固体电解质材料的介绍
资料来源：Meeyou Carbide