无尽能量亲自太阳

一说起太阳能电池,我们就会想起屋顶上那些方方正正的电池板.随着太阳能电池逐渐进入人们的日常生活,它们的外表也变得多元化了.在美国华盛顿的一个名为"阳光存储器"的展览会上,研究人员展示了各种融入日常器具中的太阳能新产品.这些太阳能电池可以明显或隐形地附着在日常生活用品中,它们还可以附着于公共场所的一些器具的表面.     

智能电网储能用二次电池体系

储能用二次电池体系在风能、太阳能等可再生能源发电、智能电网建设等方面有着广阔的应用前景.本文对铅酸电池、钠硫电池、液流电池和锂离子电池的工作原理、特点、国内外研究现状、应用情况及发展趋势进行了综述,提出了制约储能电池发展瓶颈问题,储能电池需关注长寿命、低成本、高安全、大容量、高功率、快速充放电和环境适应性等性能指标,展望了储能二次电池体系未来的发展趋势.     

锂电池牵引电动汽车产业革命

经过10多年的筛选,现在普遍看好的动力电池有氢镍电池、铁电池、锂离子和锂聚合物电池.氢镍电池单位重量储存能量比铅酸电池多一倍,其他性能也都优于铅酸电池,但目前价格为铅酸电池的4～5倍,正在大力攻关使其降下来.铁电池采用的是资源丰富、价格低廉的铁元素材料,成本得到了大幅度降低,已有厂家采用.锂是最轻、化学特性十分活泼的金属,锂离子电池单位重量储能为铅酸电池的3倍,锂聚合物电池单位重量储能为铅酸电池的4倍,而且锂资源较丰富,价格也不很贵,是很有希望的电池.     

新型锂-液流电池

锂-液流电池将锂离子电池与液流电池进行了巧妙的组合,成为近年来电池体系创新的一个亮点.锂-液流电池正极采用可溶性氧化还原电对作为活性物质,负极采用电位最低、比容量大的金属锂,实现了不同电极反应和电解液体系的交叉应用,获得了比传统液流电池更高的工作电压,且不受锂离子电池电极材料比容量的限制.本文对锂-液流电池的组成结构、工作原理和性能特点进行了介绍,总结了其关键技术要素,对近年来锂-液流电池的研究进展进行了综述,并指出了其面临的挑战和未来发展的方向.     

放射性同位素电池的研究进展

放射性同位素电池因其巨大的应用前景而受到学术界与工业界的广泛重视.本文简述了放射性同位素电池的历史背景、发展历程及现存的关键技术瓶颈;简单介绍了放射性同位素电池的基本原理与设计要求,讨论了目前国内外研究的不同换能方式同位素电池的技术方案,具体介绍了静态型热电式同位素电池、辐射伏特效应同位素电池、动态换能方式同位素电池、压电换能机制同位素电池的实验原理与研究进展;最后,对上述几种技术方案进行了分类总结与对比分析,并结合放射性同位素电池未来发展趋势、发展要求和用于放射性同位素电池燃料的同位素来源,展望了放射性同位素电池未来发展前景与潜在应用.     

电动自行车蓄电池延寿有招

近几年,电动自行车成为广大城乡老百姓的首选交通工具.电动车以电池为驱动力,电池是电动车的心脏.最近,由于铅板涨价,电池的价格超过了电机的价格,成为电动车最贵重的部分.正确使用和维护电池,保持电池的良好状态、延长电池的使用周期,是降低电动自行车使用成本的关键.     

石墨烯在柔性锂离子电池中的应用及前景

随着具有变形功能的移动电子设备的出现和发展,为其供电的可变形、柔性锂离子电池近年来受到广泛关注.柔性锂离子电池一般指具有可逆弹性变形能力,同时可正常工作的锂离子电池.按照变形难易程度,大部分研究中的柔性锂离子电池,均指可弯折柔性锂离子电池.本文总结了石墨烯在可弯折柔性锂离子电池领域的进展情况.石墨烯具有很高的电子电导率,可将石墨烯附着于高分子、纸、纺织布等柔性基底上,利用基底提供柔性支撑、力学性能,石墨烯提供导电网络,形成石墨烯/柔性基体复合结构.利用石墨烯的二维柔性结构及表面官能团,与其他材料复合,能够制备出一体化石墨烯复合柔性电池电极.石墨烯柔性复合材料作为电极时,能够提高电池的整体能量密度,因此具有更广阔的发展前景.本文同时介绍了柔性锂离子电池的力学特性和电化学性能表征方法,并对柔性锂离子电池的未来发展方向进行了预测.柔性锂离子电池发展趋势是提高其变形能力,并赋予柔性锂离子电池一定的可拉伸性能,以使其适应各种复杂应用;新型柔性锂离子电池也将具有自修复和快速充电能力;未来同时将研究喷涂或打印等新型柔性电极的制备和器件优化设计.虽然仍然存在尚待解决的问题,石墨烯柔性锂离子电池经过适当的电化学性能和力学性能改进,将在移动电子领域得到广泛应用.     

锂硫电池综合性能协同提升策略

锂硫电池具有高比能、低成本、环境友好等优点,是最具发展潜力的下一代二次电池体系之一.受限于硫的本征绝缘性、多硫化锂的穿梭效应、界面副反应、锂枝晶生长等问题,锂硫电池的商业化应用还面临着诸多挑战.本文结合本课题组近年来在锂硫电池领域的相关研究进展,提出了硫正极反应机制的调控、电极结构设计、电解质改性优化策略,实现了锂硫电池综合性能的协同提升;最后对锂硫电池的发展进行了展望.     

锂离子电池热失控及其预警方法

相较于传统储能器件,锂离子电池具备高能量密度、长循环寿命、无记忆效应等优点,已被广泛应用于便携电子设备、电动汽车以及大规模储能等领域中.然而,随着锂离子电池能量密度的不断提升,其安全性受到极大挑战,电池安全事故频发.热失控是导致电池安全性不佳的主要诱因,其受到滥用情况、电池初始状态、工作条件以及电池结构设计的影响,无法完全避免.了解锂离子电池热失控的内在机制和外部特征,对电池热失控进行检测和早期预警,避免热失控引发的灾难性安全事故发生,可显著提升电池安全性.本文系统介绍了锂离子电池热失控的主要诱因(包括电滥用、热滥用、机械滥用等)、热失控发生的过程及早期预警信号和方法(包括电池电压/电阻、温度、压力、气体、声音、烟雾、火焰等).最后,对未来锂离子电池热失控预警的高精度、宽应用范围的发展趋势进行分析和展望.     

锂-空气电池正极催化剂研究进展

锂-空气电池是一种具有高能量密度、环境友好等优点的最具潜力的下一代储能电池体系.然而,其正极电化学反应缓慢的动力学过程导致了锂-空气电池充/放电过电位高、能量效率低、倍率性能差,而且催化剂的不稳定性也导致电池循环寿命短.开发高效且稳定的正极催化剂材料是解决上述问题的主要途径,也是锂-空气电池未来研究的重点.本文总结近几年来锂-空气电池正极催化剂的研究进展,并结合本课题组研究工作,以催化剂种类为切入点,深入综述及讨论了锂-空气电池催化剂的发展和存在的问题,并且展望了未来锂-空气电池正极催化剂的设计思路及对催化剂表界面反应机理的研究,对未来开发出高效、实用化的锂-空气电池具有重要的意义.     

新能源汽车电池膜材料服役性能与使用寿命研究进展

新能源汽车电池膜材料目前广泛应用于混合动力汽车、燃料电池汽车和纯电动汽车等新能源汽车,电池膜主要分燃料电池膜(发电装置)和动力蓄电池膜(充放电装置)两类.随着电池膜材料工艺和技术的迅猛发展,迫切需要研究膜材料的服役性能和使用寿命.本文介绍了近年来质子交换膜材料、锂电池隔膜材料和镍氢电池隔膜材料的研究进展,结合本实验室的研究工作,着重介绍了汽车电池膜材料的服役性能和使用寿命的影响因素及控制策略,讨论了新能源汽车电池膜材料的未来发展方向.     

Ni/MH电池过充电热效应分析

利用微量热仪对Ni/MH电池过充电时的热效应进行了分析. 电池通过一个保护装置安装在一台以石英频率温度计为测温装置的微量热仪中. 实验测量了电池在不同荷电态(SOC)下以不同电流过充电时的热容量和发热量数据. 基于一系列简化假设建立热传导方程, 实验结果经过拟合得到了描述充电过程的发热速率曲线方程, 取代以往研究中发热速率的理论计算方法. 用曲线拟合得到的方程和热容量数据建立了二维热效应模型, 对过充电热效应进行了数值模拟, 计算结果与实验结果基本吻合. 模型显示电池内温度分布差异很大, 这归因于电池内部材料传热性能不佳. 电池的传热性能与电池材料如电极、隔膜和电解液等性质有关, 很难有较大改善, 所以, 在实际使用中应该尽量避免高倍率长时间充电, 以免对电池造成损害.     

柠檬电池

手机、数码相机、MP3、笔记本电脑……科技的发展已经使得越来越多的便携数码设备进入了我们的生活.强大的功能需要高质量的电池支持,电池也已从最初的庞大笨重、品种单一发展到今天的小巧、便携、多品种,并且随着科技的进一步发展和人文社会环境的变化,人们对电池还会提出诸如经济、环保等更高的要求.下面我们就用身边的材料来做一个最原始的电池,亲身体验一下电池的奥秘.     

高电压正极材料在全固态锂离子电池中的应用展望

全固态锂离子电池是以固态电解质取代液体电解质的锂离子电池、它有望从根本上解决电池的安全性问题,如能实现其大容量化和长寿命,将在电动汽车和规模化储能领域具有非常广阔的应用前景.由于固态电解质比液态电解质有更宽的工作电位窗口,因此可以在全固态电池中使用具有较高电压平台的正极材料,通过提升电池的工作电压以获得高能量密度,从而实现大容量化.锂离子电池正极材料尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4,三元层状材料和富锂锰基正极材料都具有较高的电压平台,是全固态锂离子电池可选用的理想正极材料.本文介绍了尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4,三元层状材料和富锂锰基正极材料的结构和性能特点,重点阐述了与改善材料的电导率和界面性质相关的的研究,改善其作为全固态锂离子电池正极材料与固态电解质的匹配性能,从而全面提升全固态电池的性能.总结了3种材料在全固态锂离子电池中应用存在的问题,提出未来的技术攻关方向,并对其在全固态电池中的应用前景进行了展望.     

多晶硅片PL和电池效率的对应关系

采用光致发光(PL)测试仪测试了多晶硅片的PL图像中的各参数与其制备为电池后的转换效率的关系,并分析了电池参数和PL图像参数的相互关系.采用自主编制的一款软件,分析了PL图像的黑丝比例和归一化PL强度参数,并计算对应硅片的数值结果.PL测试完成后,依次顺序制作了太阳能电池,并测试其电池效率和开路电压(V_(oc))等.实验结果表明:V_(oc)和PL图像归一化PL强度相关性良好,但与PL图像黑丝比例相关性差;而电池转换效率与PL图像归一化强度、黑丝比例相关性均不强.其原因是PL光致发光主要测试的硅片材料性能与电池V_(oc)相关,而电池转换效率不仅受硅基材的影响,还受电池工艺的影响,比如制绒工艺、扩散工艺、镀膜工艺等.本文利用半导体相关原理推导出了电池V_(oc)和归一化PL强度的相关性表达式,从原理上证明了归一化PL强度与电池V_(oc)的相关性,表明归一化PL强度与多晶硅片质量具有更高的相关性,更具指导意义.     

锂离子电池极片制造中的微结构演化

锂离子电池是能源领域的革命性创新,具有能量密度高、循环寿命长等优点,推动了新能源、新能源汽车等新兴产业的跨越式发展,并应用于卫星、无人机等国家战略领域,成为世界各国竞争的战略高地.锂离子电池的广泛应用不仅源于新兴能源材料的创新,还与制造工艺及装备技术的进步密不可分.极片制造作为生产锂离子电池最核心的过程,包括制浆、涂布、辊压三大关键工序,制造的正负电极构成了电化学反应载体和整个电池的核心.在电极制造中,多孔多组分电极微结构发生复杂的演化与定构过程,很大程度上决定了单体电池的能量密度、倍率特性等性能.本文分析极片制造中制浆、涂布和辊压技术进展与应用情况,重点讨论电极微结构在制造过程中的演化以及其对电池电化学性能的影响,旨在从“制造工艺-微结构-性能”之间的关系视角形成对电极微结构设计、材料制备、制造工艺的进一步认识,为研发高性能锂离子电池提供指导.     

功能添加剂和保形包覆改性锂金属负极界面

金属锂负极因其超高的理论比容量和极低的氧化还原电势成为下一代可充电池的"圣杯"负极材料,高能量密度的锂金属电池有望成为后锂离子电池时代最具商业应用潜力的电化学储能系统.但是负极锂枝晶的生长带来了极大的安全隐患,"死锂"的积累和电解质的过度消耗造成了电池循环稳定性的下降,这些严重阻碍了锂金属电池的商业应用.近年来,国内外学者通过电极结构设计、固态电解质、隔膜修饰、保形包覆、添加剂等手段有效抑制了枝晶的生长.本文着重介绍了功能性添加剂和保形包覆两种策略的成功实例,通过在负极-电解质界面处注入富氟成分或引入亲锂性基团以均匀化锂离子流,从而实现稳定且无枝晶的负极循环,为锂金属电池的发展提供有益的见解.     

基于纳米燃料电池的自供能纳米系统

大量各种功能的纳米器件的出现与发展迫切地需要能源供给,以满足纳米系统独立的、可持续的连续工作.从生活环境中收集能量制备纳米电池用于驱动这些纳米功能器件,是解决能源问题十分有效的途径.近年来,由纳米电池与纳米功能器件组成的全新功能纳米器件——自供能纳米系统,得到了快速发展.显而易见,纳米电池的制备是自供能纳米系统建立的关键,由于燃料电池可收集自然界乃至生物体内的能源并转化为电能,因此实现燃料电池微型化在自供能纳米系统研究中有着至关重要的意义.本文从单根全氟磺酸质子交换树脂(Nafion)纳米线的质子传导性能出发,结合了本课题组及其他学者的工作,对纳米燃料电池、纳米生物燃料电池、复合型纳米生物燃料电池以及由这些电池驱动的自供能纳米系统进行了简要介绍,并对自供能纳米系统的研究现状、面临的问题以及可能的研究趋势进行了简要评述.     

钙钛矿太阳能电池研究进展

钙钛矿太阳能电池自2009年被提出以来取得了迅猛的进展,其性能甚至超越了其他类型电池多年的积累,在2013年被Science评为国际十大科技进展之一.截至目前,钙钛矿电池已经取得了转换效率为20.1%的佳绩,并在不久的未来有望继续迅速突破.本文主要总结了2014年至今钙钛矿电池研究所取得的部分最新进展,从钙钛矿太阳能电池的基本结构、工作机理、界面调控、制备工艺等方面出发,针对提高电池效率及稳定性、环境友好化等几个亟待改进的问题进行概述总结.本文在现有研究成果的基础上,对未来仍需努力的方向进行展望,有助于我国研究者迅速了解钙钛矿太阳能电池研究的最新动向并取得进一步突破.     

羰基化合物作为锂离子电池有机电极材料研究进展

随着锂离子电池从便携式电子设备到大规模储能系统的应用,开发具有高能量密度、功率密度和长循环寿命的锂离子电池成为研究的重点之一.而锂离子电池的性能很大程度上取决于电极材料.目前,广泛使用的无机电极材料普遍存在容量提升有限、能耗高和成本高等缺陷.因此,开发新型电极材料至关重要.与传统无机材料相比,有机电极材料具有结构可控、资源丰富、清洁环保和成本低廉等优势,近年来得到了广泛关注.其中共轭羰基化合物以羰基为活性基团,因其结构多样、理论容量高和反应动力学快而被广泛研究.本文从正极、负极、全电池三方面,综述了目前国内外已经开展的关于羰基化合物作为锂离子电池电极材料的研究工作,评述了这些化合物的电化学性能及其具备的优势和存在的不足,并指出了有机化合物作为锂离子电池电极材料需要解决的关键问题.