全钒液流电池的质子传导膜研究进展

全钒液流电池(VRB)作为一种大规模的蓄电储能设备,在新能源发电和电网调峰等方面有重要应用.质子传导膜是钒电池的关键材料,对电池的性能、成本和寿命有着十分重要的影响.文章在简单介绍VRB的基本组成和原理以及对隔膜的性能要求的基础上,主要论述了目前报道的几种VRB隔膜材料及其改性方法,以及对电池性能的影响,最后对质子交换膜的发展方向和前景进行了总结和展望.     

锂离子电池钒系电极材料的研究进展

锂离子电池电极材料对锂离子电池性能提升起着关键作用.钒的价态较多,构成的钒系电极材料具有层状、尖晶石型、反尖晶石型等多种结构.该系列材料通常具有较高的理论比容量,且合成方式多样,性价比高,因此钒系化合物在锂离子电池电极材料的应用上受到了广泛关注,但目前尚缺少对钒系电极材料的系统性总结.本文综述了以钒的氧化物、无锂型金属离子钒酸盐、含锂型钒酸盐及钒磷酸根聚阴离子材料为主要体系的锂离子电池钒系电极材料,并对各体系的结构及电化学性能进行了总结,针对合成锂离子电池钒系电极材料的主要方法(如固相合成法、溶胶-凝胶法、水热法、碳热还原法、液相沉淀法等)进行概述及分析,还对通过纳米化、特殊形貌控制、复合改性等其他改性方式优化的钒系电极材料的性能进行了介绍,最后对钒系锂离子电池电极材料的研究方向和发展前景进行展望,希望对促进该类材料的研究与产业化应用能有所助益.     

全钒液流电池的质子传导膜研究

研究质子传导膜对全钒液流电池性能的影响,包括膜面电阻、阻钒性以及质子传导膜厚度,为研究开发适用于全钒液流电池的质子传导膜提供依据.通过测定钒电池循环充电/放电过程的效率、暂态极化曲线、静态交叉放电曲线,建立选择与优化膜材料的评价方法;在考察膜电导率、膜厚、阻钒性和机械强度的综合性能指标后,认为膜面电阻在0.3～0.5 Ω·cm2范围,具备优良阻钒性能条件下,膜厚约150 μm比较合适.使用符合该性能的聚偏氟乙烯质子传导膜时,钒电池能量效率超过70％,有望满足发展大容量蓄电储能装备的需要.     

日本GS汤浅公司开发出锂离子用高性能磷酸钒锂正极材料

日本GS汤浅公司开发出安全性好、输出特性优异的锂离子电池用正极材料“磷酸钒锂”。由于该材料具有高的输出密度及优异的安全性,因此有望降低电池系统的成本。该公司下一步计划开发使用这种磷酸钒锂正极材料的锂离子电池,用于混合电动车及配有怠速熄火装置的微型混合电动车。     

纳米多孔质子传导膜中钒离子和水分子迁移行为研究

研究全钒液流电池充电/放电过程,电解液中不同价态水合钒离子、氢离子、水分子在纳米孔径的质子传导膜中的渗透迁移行为,为膜材料性能改进以及电解液系统管理提供依据.通过测定全钒液流电池开路状态下的自放电、恒电流模式下的充电/放电循环过程,分析钒离子渗透和水迁移影响因素,揭示电池运行过程纳米多孔质子传导膜中钒离子渗透及水迁移规律.结果表明:自放电过程主要发生钒离子浓度差作为推动力的传质扩散,水分子的跨膜净迁移量可忽略;在恒流模式下的充电/放电循环过程中,隔膜两侧阴极、阳极电解液中水合离子迁移、浓差扩散、渗透压效应均发生作用,导致阳极侧电解液向阴极侧发生净的水迁移,需要通过电解液管理保持电池系统正常运行.     

凝胶浴对钒电池用侧链型杂萘联苯聚醚酮多孔膜结构和性能的影响

以含苄基氯结构的杂萘联苯聚醚酮(CMPPEK-P)为原料、三甲胺为胺化试剂,通过先制膜后胺化的方式,利用水蒸气诱导相分离法(VIPS)成功制备了一种高性能钒电池用含有季铵基侧链的杂萘联苯聚醚酮(QAPPEK-P)多孔阴离子交换膜。研究了在VIPS过程中,不同浓度氯化钠水溶液(质量分数0%～26%,下同)作为凝胶浴对膜结构和性能的影响:提高氯化钠浓度,QAPPEK-P膜的孔隙率提高,面电阻显著降低,而其阻钒性能无明显变化。其中,在凝胶浴盐浓度为26%条件下制得的QAPPEK-P膜,装载其单电池的电池效率最佳:在电流密度为140 mA/cm²时,能量效率可达80%;且其电池性能在120 mA/cm²的电流密度下,充放电150个循环后无明显变化,显示出良好的化学稳定性,证明了QAPPEK-P在多孔阴离子交换膜在钒电池应用中的潜力。     

低成本超薄复合膜用于不同溶液体系钒电池的性能研究

采用廉价的聚烯烃微孔膜作为支撑体,全氟磺酸离子交换树脂作为复合相,设计并制备了成本低、机械强度高、性能优异的超薄液流电池复合膜.研究了在H_2SO_4和HCl不同体系下复合膜的氢离子传导、钒离子渗透、电池性能.结果表明,25μm复合膜具有较高的机械强度和较低的溶胀率;在混酸钒溶液体系(1.5 mol/L VOSO_4+1.5 mol/LH_2SO_4+2.5 mol/L HCl)的电池性能优异,100 mA/cm~2下能量效率(EE)为80%.同时,复合膜成本较低(40～60元/m~2),具有应用前景.     

优化氧化钒可延长锂离子电池使用寿命

美国物理科学公司开发出一种用作阴极的改进V2O5材料，从而延长了其在锂离子电池中的使用寿命。向氧化钒中掺入少量导电塑料，电池性能得到改善，可反复充电、放电多次。电池可完全充电、放电超过25次。如果放电不过分，这种电池可工作100次以上的充电周期，而且电池容量不会有明显减小。     

铁铬液流电池关键材料研究进展

铁铬液流电池（ICRFB）作为最先被提出的氧化还原液流电池,它利用成本低廉原料丰富的铁和铬作为活性材料,理论成本低于全钒液流电池和锌溴液流电池,具有大规模发展的潜力。主要介绍了铁铬液流电池系统关键材料（碳基电极、离子交换膜和电解液）的研究进展,旨在为参与相关课题的研究人员提供简要参考。     

锂离子电池正极材料的研究进展

发展高性能锂离子电池的关键技术之一是正极材料的研发，在锂离子充放电过程中，不仅要提供正负极嵌锂化合物往复嵌／脱所需要的锂，而且还要负担负极材料表面形成SEI膜所需的锂，正极材料的性能在很大程度上影响着电池的性能，并直接决定着电池成本的高低。     

锂离子电池负极材料钛系嵌入化合物的研究进展

二硫化钛、二氧化钛、钛酸锂等化合物嵌锂电位较高、比容量高、结构稳定,用作锂离子电池负极材料具有安全可靠、循环寿命长、成本低廉等优势。对该类高性能负极材料的晶体结构、嵌锂机理、电化学性能、制备方法和应用研究等进行了综述。     

钒电池用含吡啶基杂萘联苯聚芳醚酮隔膜的研制

以含二甲基杂萘联苯聚芳醚酮为原料,通过控制溴化条件,得到了含溴甲基杂萘联苯聚芳醚酮,与吡啶反应得到可溶解的含吡啶基杂萘联苯聚芳醚酮(Py-PPEK),通过溶液浇铸法制得了含吡啶基阴离子交换膜。考察了离子交换容量(IEC)对Py-PPEK膜基本性能及电池性能的影响。研究结果表明,随着IEC的增加,Py-PPEK膜的吸水率和溶胀率增加,钒离子渗透系数和面电阻减小,钒电池的电流效率、电压效率和能量效率提高。在电流密度为40 mA/cm~2时,Py-PPEK30(IEC=0.41 mmol/g)膜的电流效率达到95.5%,优于Nafion115膜。     

钒流电池用磺化聚芴醚酮-聚苯胺原位表面复合质子交换膜的制备

质子交换膜是液流电池的核心部件之一。文中以磺化聚芴醚酮(SPFEK)膜为基膜,采用稀溶液化学氧化聚合法在SPFEK膜表面原位复合一层聚苯胺,通过调整苯胺(An)单体的浓度,制得SPFEK/PANI复合膜。采用扫描电镜与红外光谱表征了复合膜的结构,表明聚苯胺已经成功地在SPFEK膜表面复合。通过钒流单电池的性能测试,结果表明,当苯胺单体的浓度为0.05 mol/L时,所制备的复合质子交换膜具有最高的H+传导选择性,所组装的钒流电池具有最好的自放电性能,在充放电流为50 m A/cm~2时,电池的库仑效率、电压效率、能量效率分别达到95%,83%,75%。     

核壳型锂离子电池正极材料的研究进展

简述了核壳结构材料的特点、性能和制备方法,阐述了核壳结构锂离子电池正极材料对其放电比容量、循环性能的改善,综述了锂离子电池核壳正极材料的制备方法、结构特征和电化学性能等方面的最新研究进展,探讨了该类材料的优缺点并展望了其应用前景.     

化成工艺对磷酸铁锂锂离子电池性能的影响

采用磷酸铁锂—石墨作为正负极材料制备超大容量叠片式单体电池(200Ah),分析两种不同化成工艺对锂离子电池性能的影响。分析了不同化成工艺后对应的电池负极的表面情况、电池内阻大小以及单体电池放电容量和循环性能等。结果显示,适当降低充电电压,有利于负极表面SEI膜的形成,并且形成的负极极片表面光滑,制备的电池具有更好的化成性能和循环性能。     

全钒液流氧化还原电池中隔膜的研究

Nafion 117和PE-01阳离子交换膜均可作为全钒液流氧化还原电池的隔膜用材料,PE-01在机械性能和化学稳定性方面优于Nafion 117.探讨PE-01作为钒电池隔膜材料的优势和劣势,测定PE-01膜和Nafion 117的离子交换容量、4价钒离子在其中的扩散能力以及膜面电阻.实验表明,Nafion 117具有导电性能优良、较大的离子交换容量以及较小的面电阻;PE-01具有很好的物理性能和阻钒离子渗透能力.     

钒电池用离子交换膜的研究与开发

钒电池(VRB)是一种新型的高效储能电池.离子交换膜是VRB的核心部件之一.总结了VRB用离子交换膜在商业化膜(Nafion、PE-01、JAM等)改性处理及PVA、PVDF、PTFE基阳离子交换膜和ETFE、PPESK基阴离子交换膜研发等方面近4年来的技术进展,指出需重点关注高性能、低成本膜的开发,尤其是新型阴离子交换膜的研究与开发.     

锂离子电池纳米合金负极材料的研究进展

综述了锂离子电池纳米合金负极材料的研究进展.讨论了该类材料的电化学性能、制备工艺及发展前景.     

锂离子电磁纳米合金负极材料的研究进展

综述了锂离子电池纳米合金负极材料的研究进展。讨论了该类材料的电化学性能、制备工艺及发展前景。     

可充镁电池负极与电解液相容性的研究进展

金属镁具有较高的理论体积比容量(3 833 mAh·cm^-3)和较低的还原电位(-2.37 V vs.SHE),其作为镁电池负极具有能量密度高、安全性好且成本较低等优点。因此，可充镁电池是极具发展前景的新型二次电池体系。然而，可充镁电池的金属镁负极在充放电过程中易与电解液发生反应，形成阻碍Mg²⁺可逆沉积/溶解的致密钝化膜，导致较大的极化与较低的库伦效率；此外，镁负极与常规电解液的反应也会限制一些高性能正极材料的应用。本文围绕可充镁电池负极与电解液之间的相容性问题，总结了可充镁电池中负极材料及其界面调控方法等方面的研究进展，介绍了合金化负极材料与纳米/插层负极材料对改善可充镁电池循环性能的重要作用，并重点介绍了人工电解质界面膜和固态电解质对解决金属镁负极与电解液相容性问题的作用。此外，本文还从减少电解液副反应和调控钝化膜的角度，对提升可充镁电池负极与电解液相容性的研究重点与目标进行了总结和展望。