实用大容量三电极方形锌空气电池

锌空气电池具有高安全、大容量、低成本和低自放电等特性,因此获得广泛关注.可充电式锌空气电池在商业化过程中最重要的问题在于难以找到合适的双功能催化剂同时长时间实现氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER),而三电极电池结构是一个有效解决此问题的方案.另外,大容量方形锌空气电池在商品化过程中的耐漏液性能极其重要.本文报道了一...     

沸石咪唑基金属有机框架及其衍生材料用作锌-空气电池高效阴极催化剂的最新进展北大核心CSCD

清洁和可持续能源的大量应用和电动汽车行业的快速发展,为先进的储能/转换技术和设备带来了前所未有的机遇。可充电式锌-空气电池(ZAB)拥有的能量密度高、环境友好、安全性能高、成本低等优势,被广泛认为是最有前景的金属-空气电池之一。更重要的是,锌-空气电池所使用的锌资源丰富、价格便宜、能量密度适中以及还原潜力高。但由于在充电过程中空气阴极上氧还原反应的动力学过程十分缓慢,使得空气电池产生了相对大的超电势,也导致了ZAB无法实现商品化应用。沸石咪唑基金属有机框架(ZIFs)衍生的催化剂具有显著促进氧反应的能力。本文回顾了ZIFs衍生材料的最新进展,该材料可用作ZAB中的阴极催化剂。本文总结了一些主要的ZIFS衍生物材料在ZAB中的应用,包括了ZIFS衍生物的金属氮化物催化剂、ZIFs衍生物的金属氧化物催化剂、ZIFs衍生物的S/P/B掺杂催化剂和ZIFs衍生物的非金属碳催化剂等,还论述了这些ZIFs衍生物催化剂的结构特点。最后,阐明了研发用于ZAB的先进ZIFs衍生催化剂面临的挑战和一些观点。     

无溶剂制备锌空气电极及电池性能

锌空气电池具有高安全、大容量、低成本和低自放电等特性,因此获得广泛关注,尤其被广泛用作助听器电池.目前商业化空气电极的制作过程中,催化粉料的处理往往涉及湿法工艺,制造过程复杂,且烘干溶剂过程能源消耗大.利用转速为3000 r/min的高速切割机器进行造粒处理,过程中不使用溶剂,然后经过12目筛网进行过筛处理即得可自由流动的无溶剂处理催化粉料,借助扫描电子显微技术(SEM)进一步观察到催化粉料中大量黏结剂完全纤维化的现象,这种纤维束有利于维持住粉料与粉料之间的紧密结合状态.用自制对辊机器将上述催化粉料压成卷对卷的催化层,再把集流体镍网、防水透气膜与之辊压复合一起,即得无溶剂处理的商业化锌空气电极.作为对比,使用了传统湿法方式制作催化粉料和空气电极,发现无溶剂处理空气电极制得的电池容量高于传统湿法的5％.另外,研究了不同空气极片压实密度和厚度、不同的防水透气膜等对锌空气电池性能的影响,分析表明低密度1.15 g/cm3的空气电极拥有更好的容量储存性能,厚度为0.52 mm空气电极所制电池拥有更高的功率密度,纯聚四氟乙烯(PTFE)膜作为防水透气膜可使锌空气电池拥有更好的防漏液性能.综上所述,这种无溶剂制备空气电极工艺简单方便、环保节能,更适合金属空气电池的商业化应用.     

固态锂空气电池研究进展

锂空气电池的理论能量密度高达3505 W•h/kg,能够实现的能量密度预计可达到600 W•h/kg,是实现续航里程达到500～800 km的电动汽车的重要动力电源体系。锂空气电池面临稳定性、效率、实用性和安全性等挑战,特别是需要具备在空气环境下工作的能力。发展固态锂空气电池能够从根本上解决实用性问题,有效解决安全性问题,同时也是提高锂空气电池稳定性的重要途径。本文对固态锂空气电池在电池结构、电极/电解液界面调控、电池成型方法以及电池性能与机理等方面的研究进展进行总结,在每一部分都围绕其对于解决锂空气电池目前所面临的SEAS主要问题的贡献和仍然存在的问题进行评述,并试图提出下一阶段的研究思路,明确固态锂空气电池的发展前景。     

一种敞口式锌空固定电源

阻碍各类便携式锌空电池商用的主要原因是电池制造的密封技术和使用过程的漏液问题。介绍一种方形敞口式的锌空电池，其新颖的空气极结构使得电池的制作安装工艺大大简化，既可以用作水激活式一次性固定电源，也可以用作机械可再充式锌空电池。20℃单电池1V放电性能表明，空气极局部电流密度达到528mA／cm^2，平均电流密度120mA／cm^2。     

柔性金属空气电池的发展现状及未来展望

柔性金属空气电池由于兼具柔性形变和能源存储受到广泛关注.然而,柔性金属空气电池目前仍存在诸多问题,电池柔性、空气电极催化活性和空气电极柔性都亟待提高,使用的固态凝胶电解质存在离子电导率不高、力学性能差等问题.本文通过对近期相关文献的梳理,首先分类总结了一维线缆型、二维平面型和三维三明治结构柔性金属空气电池各自的结构特点...     

氢—空气燃料电池

氢作为能量的载体可替代传统的化石燃料。氢直接燃烧,可发电、冶金、供热,可开动汽车、火车、轮船、飞机,可发射运载火箭。几乎一切需用燃料的地方都可以使用氢。氢能量大,清洁,燃烧时对大气基本无污染。随着社会的现代化和对环境保护的要求,氢的用途将会日益扩大。氢除了直接作燃料用外,还可间接作“燃料”用。把氢导入一种类似于电解水的装置,与进入装置的空气中的氧发生氧化还原反应,这时便产生电力,同时生成水。这种连续消耗氢和空气中的氧、并不断输出电力和水的装置称之为氢——空气(氧)燃料电池。氢——空气燃料电池可大可小,小到可为手电或     

可充电熔融——空气电池储电能力极强

<正>据物理学家组织网近日报道,最近,美国乔治·华盛顿大学科学家展示了一种新型高能电池,称为"熔融—空气电池",是目前储电能力最高的电池之一。这种电池与其他高能电池不同,还能再次充电。虽然该电池目前要在高温下操作,但研究人员正在进一步实验改进其性能,以期这种电池在电动车、储电电网领域更具竞争力。相关论文发表在最近出版的《能源与环境科学》杂志上。"这是第一款可充电的熔融—空气电池,利用空气中的自由氧和多电     

锂离子电池参比电极研究进展

参比电极测试方法在锂离子电池研究中有着广泛的应用.本文总结了几种常规类型的参比电极的制作方法,包括T型Swagelok接头装配法、参比电极植入法、原位沉积法.还介绍了锂参比电极在锂离子电池研究中的应用:电极电位的监控,正、负极电化学阻抗谱的单独分析,极片和电解液之间界面反应的分析,电池快充边界的确定,电池失效分析等.最终认为金属锂参比电极在使用寿命、植入位置、植入的便利性和可操作性等方面仍有改进空间.     

固态锂硫电池电解质及其界面问题研究进展

固态锂硫(Li-S)电池通过固态电解质代替传统液态电解液体系,有望同时解决液态Li-S电池多硫化物的穿梭效应、锂金属与液态电解液的副反应、安全性能差等关键科学问题,发挥其高稳定性、高能量密度的优势.然而,固态Li-S电池在固态电解质和电极/电解质界面问题上面临着巨大挑战,本文详细介绍了硫化物固态电解质和聚合物基体电解质在Li-S电池中的研究进展,并重点分析了电极/电解质固-固界面接触问题.针对硫化物固态电解质存在的本征缺陷,阐述了改善固态电解质化学及电化学稳定性的方法;针对有机聚合物电解质,总结分析了影响其离子电导率的关键因素及提升方法.在电极/电解质界面问题方面,揭露了影响界面离子传输及界面稳定性的本征特性,并总结了近年来报道的针对正(负)极/电解质界面离子传输低的改进方法.最后指出要有针对性的解决不同种类电解质的本征缺陷,并结合科学模拟深入研究界面传输机制,在实践中对电极/电解质界面结构的合理设计,对固态Li-S电池的实用化具有重要意义.     

锂电池百篇论文点评(2016.6.1-2016.7.31)

该文是一篇近两个月的锂电池文献评述,以“lithium”和“batter*”为关键词检索了Web of Science从2016年6月1日至2016年7月31日上线的锂电池研究论文,共有1880篇,选择其中100篇加以评论。正极材料主要研究了三元材料、富锂相材料和尖晶石材料的结构和表面结构随电化学脱嵌锂变化以及掺杂和表面包覆及界面层改进对其循环寿命的影响。硅基复合负极材料研究侧重于嵌脱锂机理以及SEI界面层,电解液添加剂、固态电解质电池、锂硫电池、锂空气电池的论文也有多篇。原位分析偏重于界面SEI和电极反应机理,理论模拟工作涵盖储锂机理、动力学、界面SEI形成机理分析和固体电解质等。除了以材料为主的研究之外,还有多篇针对电池、电极结构进行分析的研究论文。     

聚焦离子束显微镜技术在锂离子电池领域的研究进展北大核心CSCD

电极材料作为锂离子电池的关键结构组成部分,其结构稳定性直接决定着锂离子电池的电化学性能。由于电极材料具有对空气、水分敏感,不耐电子束辐照等特性,且在充放电过程中,电极本身及其所处化学环境不断变化,表征其微观组织形貌和结构具有挑战性。聚焦离子束-扫描电子显微镜作为重要的微纳米尺度精细加工设备,是制备透射样品的重要手段,已广泛应用于半导体、生物等领域。本文通过对近年来相关文献的探讨,综述了聚焦离子束基于锂离子电池领域的解决方案,着重阐述了聚焦离子束在三维重构、冷冻加工、构建单颗粒电池方面的最新进展,采用三维重构技术可以获取电极材料中的孔隙网络、多相结构、体积变化等三维特征信息,进行定量评估,建立微观结构模型对电池性能进行预测。基于冷冻加工技术,将液态电解质、Li金属等束流敏感材料冷冻,保持其原始形貌和化学性质,可以有效表征Li金属阳极以及固液界面的本征信息。构建单颗粒微型电池可以实现原位观察单粒子循环过程中的微观结构演化,避免黏结剂、导电添加物等对材料本征性能的影响,确定电极材料的内在特性。本文详细介绍了聚焦离子束在这3个方面的加工过程,并分析加工过程中存在的不足,提出目前面临的主要挑战。本文从锂离子电池材料特性和聚焦离子束实验方法出发,为该领域科研人员提供便利。     

电极材料储锂行为及其机制的原位透射电镜研究进展

锂离子在体相电极材料中的输运、反应、储存所引发的电子和晶体结构、微观形貌、化学组成、物理性质的动态演变与锂离子电池的电化学性能息息相关.从纳米甚至原子尺度上阐明电极在电化学过程中的微观结构、形貌、物相和化学成分的动态演化行为,对理解电极材料基本物理化学特性及其动态演化与电池宏观电化学性能间的构效关系至关重要;这需要借助清晰、精确的先进原位表征手段.在现有各类原位表征技术中,原位透射电镜(TEM)由于其超高的空间和时间分辨率,具有实时、动态监测电极材料在工况下结构、形貌、物相以及表/界面处原子级结构和成分变化的独特优势,是开展上述研究最具代表性的一种重要表征手段;可对电极材料微观动态演变行为和反应机理等进行精确表述,进而为高性能电极材料的构筑与性能调控提供微观依据和创新思路.本文总结归纳了当前采用原位TEM表征技术解析锂离子电池关键电极材料在充放电过程中的微观动态演变规律与失效机制的重要研究进展,包括多种正极材料和高比容量负极材料的原位TEM研究,重点是它们在电化学过程中微观结构、化学成分与物相动态演变等信息.此外,本文对原位TEM表征技术当前存在的问题,以及借助原位TEM技术研究二次电池的未来发展方向进行了展望和思考.     

氧质量分数对高温空气下火焰氮氧化物生成影响

揭示高温空气燃烧过程中的火焰结构和氮氧化物生成机理.以对向流扩散火焰为对象,利用基于详细基元反应动力学模型的燃烧数值解析方法研究了氧质量分数对高温空气(温度为1 300 K)/甲烷扩散火焰火焰结构和氮氧化物生成的影响.结果表明,随着氧质量分数的逐渐减小,火焰结构和NO的生成机理发生显著变化,扩散火焰的NO生成主要由热力...     

车用燃料电池空气供给系统的净化与增压

近年来随着燃料电池汽车相关技术的迅速发展,消除空气中的杂质气体(尤其是内燃机汽车排放的各种污染物)对车用燃料电池阴极性能的影响亟待研究解决。文章简要论述了车用燃料电池空气供给系统的净化原理和装置结构,并认为采用废气涡轮增压装置有助于解决空气传输阻力增加的问题。     

快速充电锂离子电池研究进展

电池产业发展的重要方向之一是提高锂离子电池快速充电能力。然而,快速充电电池经常遭受容量和功率性能衰减。快充电池开发涉及多尺度问题,因此要从原子层面到电池水平进行充分考虑。从现有的文献资料出发,概括总结了开发具有快充性能电池的一些关键要素。这些要素包括提高正极材料锂离子迁移速度、加快锂离子嵌入负极材料的速度、提高电解液离子导电性、选择快充型隔膜、提高电极离子和电子导电性以及充电策略的选择。     

碱性介质中空气电极性能的研究

采用极化曲线、XRD和SEM等方法系统地研究了催化剂、催化层中FIFE(聚四氟乙烯)的含量、电解液浓度以及空气电极的结构对空气电极性能的影响.结果表明,5.5%(文中如无特别说明,百分数均为质量分数)Ag/C催化剂的性能较好,而且价格相对便宜,其中Ag颗粒具有立方晶型结构,但粒径分布不是很均匀;Ag/C和FIFE的最佳质量比是4:1;KOH溶液的最佳浓度是6.25mol/L;当空气电极的结构为催化层/炭纸/催化层时,空气电极的电化学性能得到进一步的提高.     

有机硅电解液添加剂对锂二次电池负极表面的改性研究

锂二次电池中电极与电解液之间的相容性对电池的电化学性能有重要影响,利用表面改性剂可以改善电极与电解液之间的相容性和界面性能,提高电池的性能。本文总结和归纳了有机硅表面改性剂对锂二次电池负极（锂金属、石墨和硅负极）改性的研究进展,展望了有机硅表面改性剂在锂二次电池中的应用前景。     

首块稳定锂空气电池出炉

多少年来,研究人员一直希望能用锂空气电池代替传统的锂离子电池,因为锂空气电池的蓄电能力比性能最好的锂离子电池都要高出10倍以上,但是由于锂空气电池内部结构的不稳定性,它在几次充放电之后就会解体,这让锂空气电池迟迟无法进入消费市场。     

Application and prospect of zinc nickel battery in energy storage technology

本文介绍了近几年电力储能在全球储能领域的现况及电力储能在现有储能系统中的应用规模。针对目前较成熟的电化学储能电池进行了分析,着重分析了锌镍电池的特点,首先对锌镍电池的低温放电性能、寿命、大电流充放等性能进行了阐述,模拟储能系统充放电实验的结果表明锌镍电池具有循环寿命长和充放电效率高等特点。其次对单液流锌镍电池的工作原理进行了介绍,就目前单液流锌镍电池的各个型号的中试产品以及50 kW·h储能系统进行了总结和讨论,分析表明锌镍电池作为一种新型的蓄电池,其循环寿命长、安全性能好、制造和维护成本较低,随着近几年新材料的发展,锰正极的锌基电池实验成功,促进了锌空气电池、锌铁电池等系列锌基电池的研发,锌镍电池未来在储能市场将会大放异彩。