全固态镁电池

全固态电池是快离子导体应用的一个重要领域。近年来,全固态电池的研究主要集中在以Li~+快离子导体为固体电解质的全固态锂电池上。然而,镁及其化合物价格低廉,具有相当负的电极电位和较高的电价,并且在一些化     

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.     

氟化共价有机框架构筑氧气纳米传输通道助力锌-空气电池

<正>“双碳”目标的提出,绿色新能源和储能设备迎来了新一轮发展的春天,而绿色新能源的研发,同时需进一步加快储能技术的发展.可充电电池是解决目前储能问题最有效的方法之一.锂电池虽然是目前最有效的能源存储设备,但随着电池技术的不断突破,锂离子电池的实际能量密度也逐渐接近于其理论上限.而且有限的锂金属资源,且易挥发、易燃和有毒有机电解质的使用更加限制了锂电池的大规模应用[1].因此,下一代大规模电化学储能装置亟待需要在高比能、可持续、低成本、易回收和高安全等维度上寻找新的突破.水系可充电电池可满足以上要求,且因其绿色环保和组装简单等优势得到科研工作者的广泛关注.     

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.     

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.     

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。     

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     

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.     

快离子导体及其应用

快离子导体是一类具有特殊结构的新型固体材料,它在传递电流的同时,又能传递物质。《快离子导体及其应用》一文介绍了快离子导体在储能、化工、分析化学和固体离子器件等方面的应用。     

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.     

基于自模板法构筑空心结构材料及其电化学应用

基于自模板法构筑空心结构材料,可以摆脱对常规模板法的依赖,具有合成步骤简单、重现性高、生产成本低、结构可控性好以及易于大规模制备的优点,目前引起了研究者的广泛关注.本文从颗粒内部结构调控的角度出发,主要围绕热处理诱导实心颗粒的自发空心化、选择性刻蚀具有内外结构差异的实心颗粒这两种构筑空心结构的方法进行概述,介绍了不同类型材料的自模板构筑方法及结构控制机制,结合其在钠离子及钾离子电池中的应用,探讨了空心结构材料在电化学储能领域的应用潜力,并进一步展望了自模板法构筑空心结构的前景和发展趋势.     

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.     

磷酸铁锂电池恒流模式电化学阻抗特性实验

电池的欧姆阻抗(R_s)、电荷传递阻抗(R_(ct))和离子扩散阻抗(Z_w)等信息是判断储能电池功能状态的有效方法之一,这些信息可以通过恒流模式电化学阻抗谱(GEIS)来实现,因为GEIS更接近电池真实状态.本文采用恒流模式电化学阻抗(GEIS)方法研究了1700 mA h磷酸铁锂(LiFePO_4)电池在不同温度下扰动信号正弦电流幅值的变化,以及在不同荷电状态(SOC)和不同温度下电池阻抗特性变化规律.实验结果表明,正弦电流最佳幅值随着温度升高而增大,而SOC与温度对电池的性能都有影响.相同温度下,Rs随着SOC增加稍有增加;Zw随着SOC增大而减小;Rct在0~40%SOC和60%~100%SOC区间内明显减少,在40%~60%SOC区间内呈增大趋势.在0~50℃下,R_s,R_(ct)和Z_w均随着温度升高而降低.电池阻抗特性受温度的影响比SOC影响更加显著.因此,电池在不同SOC和温度下阻抗特性能有效地反映电池内部极化状态,从而可预测储能电池的功能状态.     

石墨烯的叔丁基对苯二酚修饰及其增强的电容行为

超级电容器是近年来出现的一种新型储能器件,它与目前广泛使用的各种储能器件相比,其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、     

聚合物基固体电解质研究进展

聚合物基固体电解质在高能量密度和高安全性固态电池领域具有良好的应用前景.然而,现有的聚合物基固体电解质在应用时仍然面临室温离子电导率低、电解质/电极界面接触差、电化学窗口窄等严峻挑战.本文从聚合物基固体电解质离子电导率的提升和界面性能的改善出发,重点阐述聚合物基固体电解质的发展现状及优化策略.首先,从两个方面总结了聚合物基固体电解质离子电导率的定向优化策略:构建连续、定向取向的离子传输路径和缩短离子传输距离;其次,总结了聚合物基固体电解质/电极之间的界面优化策略:构建润湿界面和制作非对称电解质,以降低电解质/电极的界面电阻,提升电解质/电极的界面相容性;最后,对聚合物基固体电解质和固态电池的发展前景进行了展望,并提出了该领域的重点发展方向以及先进的分析测试方法,为聚合物基固体电解质的研究和发展提供全面的了解和深入的指导.     

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.     

不同太阳能热化学储能体系的研究进展

太阳能热发电技术是缓解能源危机改善生态环境的重要技术,而储能系统是太阳能维持稳定和持续热发电的关键.本文从现有3种太阳能储热技术出发,分析了热化学储能具有的高储能密度和可实现大规模远距离存储和运输的明显优势,介绍了现有的5种热化学储能体系在反应机理、反应模型和反应器等方面的最新研究进展,并对各个体系的优缺点进行了评述.针对反应体系存在的问题,提出了未来几种储能体系主要的研究方向是循环性能的提高、高性能催化剂的制备、高效反应器的设计制造以及传热传质与化学反应耦合模型等.     

二次化学电池家族的新成员——铝离子电池

<正>2015年4月6日,Nature在线发表了美国斯坦福大学戴宏杰教授团队关于铝离子电池的论文"An ultrafast rechargeable aluminium-ion battery"[1],一时间引起了人们对这种新型电池的广泛关注.目前,该团队的研究成果已经在美国获得了多项专利保护,并有多家国际知名企业致力于买断这些专利.尽管该团队目前制备的只是铝离子电池的雏形,但其廉价的原材料以及优异的循环性能使得人们确信,在不久的将来铝离子电池将会成为新能源领域的新宠.     

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.     

MOFs作为模板制备锂离子电池负极材料的研究进展

金属-有机框架(MOFs)材料具有易制备、易修饰、高孔隙率、大比表面积、多化学活性位点、可调孔径大小等优点,已被广泛应用于能源储存与转化相关领域.本文介绍了MOFs直接作为锂离子电池负极材料的研究现状,同时重点综述了MOFs衍生材料(多孔碳、过渡金属氧化物、金属氧化物/碳质复合材料、金属/金属氧化物)的制备方法及其在锂离子电池负极中的应用,提出了此类材料作为锂离子电池负极材料需要重视的问题和面临的挑战.通过高温煅烧或者可控的化学反应等方法,MOFs材料可以简单方便地转化为传统的无机功能材料(金属化合物或碳).这些材料具有结构可调和化学成分多样化等优点,可以进一步提升电化学性能.最后,展望例如MOFs衍生材料在电化学储能和转换的发展方向和应用前景,为定向合成此类材料在电化学方面的应用提供有意义的实验基础和理论价值.