新型镁基双离子电池面世

<正>近年来,锂离子电池已广泛应用于消费类电子设备、新能源汽车及储能等领域。但是,锂资源储量有限且分布不均,难以满足未来社会对大规模储能的低成本要求。镁离子电池由于具有高容量、储量丰富等优势,在大规模储能领域具有良好的应用前景。最近,我国科学家成功研发出了一种基于不溶性有机负极材料的新型镁基双离子电池(MgDIB)。     

水基锌电池有望成锂电池替代品

正美国研究人员开发出一种可充电的水基锌电池,不仅容量大、寿命长,而且更安全,有望成为目前广泛使用的锂电池的理想替代品。研究人员指出,锌电池是一种安全且生产成本相对较低的电池,但能量密度低、寿命短,因而并不完美。新型水基锌电池则克服了传统锌电池的这些缺点,不仅大大提高了电池的能量密度,而且电池寿命也延长了许多。而与锂电池相比,水基锌电池不仅可在能量密度方面与     

可充电电池革命

<正>●化学家们正在重新发明可充电电池,努力降低成本、提高容量。移动世界依赖于锂离子电池,这是目前顶级的可充电能量存储件。去年,消费者购买了50亿个锂离子电池给笔记本电脑、相机、手机和电动车供电。"这是任何人见过的最好的电池技术。"总部设在伊利诺伊州芝加哥附近的阿贡国家实验室的美国储能研究联合中心(JCESR)主任乔治·克拉布特里(George Crabtree)说。但是,克拉布特里想做得更加     

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.     

电化学储能系统及其材料

<正>电化学储能可以追溯到1859年勒克郎谢发明的铅酸蓄电池,160多年来该领域的发展非常迅速,从目前拟淘汰的镍-镉电池到钠硫电池、液流电池以及最近的锂离子电池、水溶液可充锂电池(简称水锂电)和复合超级电容器。随     

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.     

专家解读我国锂电池技术

林程 北京理工大学电动车辆工程技术中心副主任 我国磷酸铁锂电池研究工作已经取得突破 车用锂电池的要求很高,它要求车辆在各种使用条件下,都要保障安全性,不能发生明火、爆炸等事故。最先用于电动车的是动力电池,国内在这一方面取得了很大突破,已初具产业规模。但五六年前,装有该电池的电动车经常出现一些事故,这样的电池也就逐渐被淡化。现在,国内对锂电池的研究进步很快,特别是在电池安全性的问题上,取得了很大进展。     

超级电容器电极材料研究新进展

随着社会经济的发展,人们对绿色能源和生态环境越来越关注.超级电容器作为一种新型储能器件,日益受到重视.与目前广泛使用的各种储能器件相比,超级电容器电荷存储能力远高于物理电容器,充放电速度和效率又优于一次或二次电池.此外,超级电容器还具有对环境无污染、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性高等特点.超级电容器与氢动力汽车、混合动力汽车和电动汽车的发展密切相关,与燃料电池、锂离子电池等能量供给器件相结合,能够满足启动、爬坡等条件下的瞬时高功率需求.     

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.     

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.     

生物质基氮掺杂多级次孔碳材料制备及其锂硫电池性能

锂硫电池因具有较高的理论比容量和能量密度、价格低廉等优势,在动力汽车和大规模储能系统中有广阔的应用前景.发展锂硫电池,设计制备低成本和高性能的电极材料是关键.本文利用廉价生物质废弃物(虾壳)作为原料,通过简单、绿色的水热碳化和二氧化碳碳化/活化过程制备了三维氮掺杂多级次孔碳材料,并将其作为载体负载硫制备锂硫电池正极材料.该制备过程避免了传统活化过程中危险化学品的使用及活化后材料清洗的过程.水热碳化和活化步骤均对材料孔结构的形成具有重要作用.通过氮气吸附、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼(Raman)等表征方法对材料形貌、孔结构、功能基团等进行了深入研究.研究结果表明,得到的材料是具有高孔隙率的微孔-介孔-大孔碳材料,比表面积高达1190m~2/g.由于材料具有多级次孔结构,有利于硫的有效负载.同时,材料中的石墨氮可以提高材料的导电率,吡咯氮和吡啶氮在限制多硫化锂(Li_2S_n,4≤n≤8)中发挥了重要作用,从而使得材料在锂硫电池中具有较好的倍率性能和循环性能.另外,本文为生物质或生物质废弃物转化为功能多孔碳材料提供了一种新的绿色途径.     

锂离子电池:20世纪最重要的发明之一

<正>每年10月诺贝尔奖的公布全球瞩目,花落谁家牵动着亿万科技工作者的心. 2019年10月9日瑞典皇家科学院宣布,今年诺贝尔化学奖由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的约翰·古迪纳夫(John B. Goodenough)、美国纽约州立大学宾汉姆顿分校的斯坦利·惠廷厄姆(M. Stanley Whittingham)和日本旭化成公司的吉野彰(Akira Yoshino)共享(图1),表彰他们为锂离子电池的发展做出的重要贡献.诺贝尔奖官方网站高度评价他们创造了一个可充电的世界("They created a rechargeable world"),对锂离子电池描述为:重量轻(lightweight)、可充电(rechargeable)、强劲(powerful).如今,锂离子电池已经应用于手机、数码相机、笔记本电脑     

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.     

锂离子电池热失控扩展特征及抑制策略研究进展

锂离子电池在能量密度和工作电压等关键工作性能方面具有很大的优势,广泛应用于电化学储能系统中.锂离子电池由于具有能量密度高、电解质易燃、隔膜稳定性低等特性,不可避免地出现热失控等安全问题.若局部区域电池的热失控事件不能有效控制,将导致热失控事件扩展至系统层面,造成严重安全问题.因此,在电池体系未能取得重点突破,本征安全问题不能根本解决时,锂离子电池热失控扩展的有效抑制尤为重要.本文针对锂离子电池热失控扩展问题,首先介绍了热失控触发诱因与机理;然后从电气特征和传热特征两个角度阐述了热失控扩展特征,为热失控扩展的抑制策略设计提供理论支撑;最后在介绍典型单体热失控及其扩展模型基础上,从散热与隔热、相变材料技术、兼顾常规工况的策略三方面对热失控扩展抑制策略的研究现状进行了总结,指出了进一步研究的方向和关键所在,可为锂离子电池系统安全性能的提升提供理论基础和工程应用指导.     

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.     

纳米结构的过渡金属氮化物复合物储能材料

日益凸显的能源安全与气候变化问题引发了人们对可再生能源的不懈追求,从而带来储能电池的革命性发展.高性能储能电池应该具有高能量密度、高功率密度、高安全性能、长使用寿命等诸多特征,这就要求人们研究开发新型电极材料.近年来,纳米材料以其独特的表面效应、小尺寸效应以及量子尺寸效应从而产生强大电荷储存能力引起人们的广泛关注.本文综述了近年来本课题组在过渡金属氮化物纳米复合材料用于储能领域的研究进展,基于电子和离子混合传输理念和有利的电荷跃迁界面,阐述了其在高性能锂离子电池和超级电容器等方面的应用.     

石墨烯在锂离子电池材料中大有可为

锂离子电池是一种典型的可充电电池,在储能技术领域占主导地位,应用极为广泛。近年来,科技发展对锂离子电池提出了更高要求,包括高能量密度、高安全稳定性等,驱动着电池材料与结构不断创新发展。研制石墨烯基复合正极负极材料,是极为活跃的方向。在此,对锂离子电池的结构、面临的突出挑战以及石墨烯基正极和负极材料研究前沿进行了介绍,重点围绕石墨烯增强电极材料电学特性的基本原理和复合材料制备技术作了阐述,也提出了未来发展动向。     

石油被替代的可能性与路径之思考

短期内石油作为全球第一大消费能源的地位难以撼动,但随着能源领域材料与技术创新发展以及人类对生态环境保护日益提高,石油作为交通运输燃料被替代的可能性与日俱增.推测替代石油的可能路径有三:(1)电动汽车.依托高效储能电池材料与技术发展,2030年以前有望替代燃油汽车;(2)氢燃料电池汽车.基于廉价高效氢气制取与储运技术,2030~2050年前后氢燃料电池汽车有望进入发展快通道,并可带领人类走进氢经济时代;(3)核聚变能源.可控核聚变技术的突破和小型化,有望全方位提供交通运输动力,或将在2050~2060年前后成为覆盖全领域的主导能源.上述三种路径能否完全替代石油尚存不确定性,但是石油在交通运输领域被大规模替代已成为大势所趋.由燃料应用领域转入材料应用领域将成为石油未来应用的最终归宿.     

基于超级电容的混合储能器件研究现状及展望

基于超级电容的混合储能器件(HESDs)是一种结合了两种储能形式——传统双电层电容与赝电容相结合,或者超级电容器和二次电池相结合——的新型储能器件,主要包括非对称超级电容器(ASCs)和电池电容器(BSCs)两大类。相比而言,混合储能器件不仅具有传统超级电容器的高功率密度、优良的长循环稳定性和安全性的特点,而且具有可与二次电池相媲美的能量密度,在未来能量储存应用领域中有望成为多功能电子设备、电动/混动车辆等的理想的终级动力源。针对不同种类超级电容器的电极材料储能行为及其相互联系、电解液的发展、电极材料合成与研究现状、全电池的构筑及其性能等方面进行了详细、系统的综述,并对混合储能器件未来的发展前景和趋势以及所面临的挑战进行了展望。     

新能源

地球上的各种能源,有的已被大规模开发和广泛利用,如煤炭、石油、天然气、水力等,称常规能源;还有一些能源,如太阳能、风能、地热能、海洋能、氢能、生物质能等,是正在研究开发和利用的能源,被通俗地称为新能源.其实太阳能、风能等,人类很早就已开始利用,这里把它称作新能源,是指在新技术的基础上进行大规模开发利用而言.新能源与常规能源的区分也是相对的,今天的新能源将来也会成为常规能源.如核裂变,过去是新能源,现在由于技术基本成熟,许多国家已把它看作常规能源.上述这些新能源都是可再生能源和清洁能源,被作为未来经济和社会可持续发展的能源基础,受到了高度重视.