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前沿丨电池领域研究进展汇总(2019.5)


来源:中国粉体网   墨玉

[导读]  本文整理汇总了2019年5月上半月电池领域研究进展。

研究人员用石墨烯包裹锂电池阴极 防止电池起火


美国伊利诺伊大学芝加哥工程学院(the University of Illinois at Chicago College of Engineering)的研究人员发布了一份研究报告,表示21世纪的神奇材料–石墨烯,可能可以从锂离子电池着火时吸走氧气,从而降低起火风险。


首先,研究人员用化学方法改变了石墨烯,使其具有导电性。接下来,他们将钴酸锂阴极电极的微小颗粒包裹在导电的石墨烯中。当研究人员使用电子显微镜,观察被石墨烯包裹的钴酸锂颗粒时发现,与未包裹石墨烯的颗粒相比,在高温下,释放的氧气明显减少。


接下来,研究人员将被石墨烯包裹的颗粒与粘合材料相结合,形成了一个阴极,集成至锂金属电池中。当研究人员测量电池循环过程中氧气释放情况时发现,即使在非常高的电压下,也几乎没有氧气从阴极中逸出。即使在200次充放电循环之后,锂金属电池的表现仍然很好。


Sharifi-Asl表示:“与传统的锂金属电池相比,阴极包裹了石墨烯的电池在快速循环后仅损失了约14%的容量,而在相同条件下,传统锂金属电池的性能下降了约45%”。


研究人员利用石墨烯气凝胶助锂硫电池突破


最近,瑞典查默斯理工大学(Chalmers University of Technology)的研究人员在石墨烯海绵(graphene sponge)的帮助下,利用阴极电解液,在此种电池的研发上获得了突破。


研究人员的想法非常新颖,利用一种由还原氧化石墨烯制成的多孔、类似海绵的气凝胶,当作电池的独立电极,从而更好地利用硫、提高利用率。


查默斯理工大学物理系教授兼此次研究主导人Aleksandar Matic表示:“此外,硫很便宜,储量丰富,而且更加环保。此外,锂离子电池中普遍含有对环境有害的氟,而锂硫电池却没有。”目前为止,锂硫电池的问题在于不够稳定,导致循环寿命短。但是在查默斯理工大学的研究人员在测试新电池原型时,发现新电池在350次循环后,仍保持85%的容量。


日本中部大学开发出了用于固体氧化物燃料电池(SOFC)电极的新型空气极材料。这种空气极使镧镍氧化物与氧化钆掺杂氧化铈相结合,实现了高性能。


SOFC作为家用燃料电池系统“ENE-FARM”正逐渐普及,工作温度约为750℃。采用新开发的空气极材料,能将工作温度降至稍高于500℃。由此,可以使用价格低廉但容易受高温腐蚀的铁氧体基不锈钢,从而大幅削减成本。随着工作温度降低,启动性也得到提高,所以移动体也可以使用,比如应用于飞机的辅助电源(APU)和电动汽车的增程发动机。


青岛能源所制备出新型纳米复合材料用于锂硫电池隔膜改性


中国科学院青岛生物能源与过程研究所先进储能材料与技术研究组研究人员从锂硫电池隔膜改性入手,在碳纳米管(CNT)表面引入过渡金属化合物CoNi1/3Fe2O4(CNFO),成功制备出CNFO@CNT纳米复合材料,并通过真空抽滤方式将其均匀涂布到商用隔膜表面。受益于CNFO的强极性吸附作用和CNT的导电作用,该改性隔膜可以有效吸附正极溶出的聚硫化合物并加以循环再利用。CNFO@CNT纳米复合材料制备示意图如下图(a)所示。




(a)CNFO@CNT纳米复合材料制备示意图;(b)CNFO@CNT纳米复合材料紫外吸收光谱图;(c)锂硫电池高温循环性能


将CNFO@CNT改性隔膜应用于锂硫电池中,实验结果证明在2.0C下常温循环250圈后容量保持率高达84%。不仅如此,研究人员将改性后的锂硫电池置于高温60℃中测试其循环稳定性,发现在CNFO较强的化学吸附作用下,0.5C经过100圈循环后,容量保持率依然能够达到78%,并保持98%以上的库伦效率。该改性材料相比CNT改性隔膜,无论是常温还是60℃高温,对锂硫电池的倍率及循环稳定性都有较大的提升。


大连化物所高功率、长寿命碱性锌基液流电池离子传导膜研究获进展


近日,中国科学院大连化学物理研究所储能技术研究部研究员李先锋、张华民领导的研究团队在碱性锌基液流电池离子传导膜研究方面取得新进展,研究成果在线发表于《先进功能材料》(Adv. Funct. Mater.)上。


目前,锌基液流电池的关键问题为锌负极的枝晶、累积和脱落,从而导致电池循环稳定性差。膜在调控锌沉积形貌和抑制枝晶生长从而提高电池运行可靠性方面发挥了重要作用。前期,研究团队通过调节多孔离子传导膜的负电荷性质可实现对锌沉积方向和形貌的调控,从而大幅度提高锌基液流电池的面容量和电池的循环稳定性(Nat. Commun., 2018)。




大连化物所高功率、长寿命碱性锌基液流电池离子传导膜研究获进展


该工作在前期研究工作基础上,选用商业化聚乙烯多孔膜(<20美元/平方米)为基膜,原位将功能化空心球引入到基膜中制备出混合基质多孔膜,其中空心球极大地缩短离子传输路径,显著提高电池的功率密度。此外,选用的空心球在碱中具有优良的稳定性。所制得的膜具有优良的机械性能可有效抑制锌枝晶的生长,进而大幅度提高锌基液流电池的循环稳定性,利用该膜材料组装的碱性锌铁液流单电池,在80mA/cm2充放电条件下,能量效率超过了88%。该工作为高功率密度锌基液流电池的开发提供了很好的指导作用。


参考来源:

盖世汽车网、中国科技网、青岛生物能源与过程研究所、大连化学物理研究所


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