基于Bi3+过膜缓释策略的在线铋沉积对铁铬液流电池性能的影响

大规模、低成本长时电能储存的迫切需求再次激发了人们研究和开发铁铬液流电池的兴趣。降低析氢副反应速率并提高负极电化学反应活性是提高铁铬液流电池系统效率、降低运行成本的关键。负极铋催化剂的在线沉积已被证明是提高负极性能的有效方法,但关于铋载量对电池性能的影响、以及高效均匀的铋沉积策略目前还缺乏系统的认识和深入的研究。本文针对提升催化剂沉积均匀性的难题,首次提出了基于铋离子由正极电解液承载过膜穿透至负极的缓释沉积策略。通过在正极电解液添加不同浓度的BiCl₃,研究沉积速率和铋载量对铁铬液流电池性能的影响。研究发现,随着负极铋载量的持续增加,铁铬液流电池的库仑效率也有显著且持续的提高,这归因于电池负极的析氢量有所减少。此外,铋在负极的原位沉积也有助于提高铁铬液流电池的电压效率,表明Cr²⁺/Cr³⁺的反应活性增强。在正极电解液内初始铋离子浓度为10 mmol/L的条件下,电池的库仑效率最高提升到97%,电压效率可达90%,相应的循环能量效率达到87%。     

基于高面容量锌溴液流电池的电堆结构及负极材料设计与优化

双碳目标下,大规模长时储能对以新能源为主体的新型电力系统发展至关重要。锌溴液流电池兼具低成本和高能量密度优势,在能源存储领域有良好的发展前景。作为半沉积型电池,锌沉积面容量的大小对电池储能时长和经济性均有重要影响。本研究采用高导电性的双极板,并在负极表面构建缺陷工程,成功对锌溴液流电池电堆结构和负极电极进行优化,并实现了电池在高面容量条件下的出色性能。此外,通过SEM、XPS、Raman光谱、CV、EIS以及GCD测试等方法进行表征对比,选取了中度氧化的石墨毡为最佳电极材料。优化的电堆结构与中度氧化的石墨毡相结合,在电流密度为20 mA/cm²、面容量为120 mA·h/cm²的条件下,电池实现了94.26%的库仑效率和82.12%的能量效率。最后,本文揭示了这一优化策略的作用机制,优化的电堆结构可以改善电池内部电流分布,且在低面容量条件下效果显著。而随着面容量的提升,只有结合负极表面的亲锌缺陷工程方可实现平坦且致密的锌沉积,并避免锌枝晶形成。结合优化后的电堆结构与负极材料,最终实现电池在高面容量条件下实现优异性能。本研究为锌溴液流电池作为长...     

铁铬液流电池技术的研究进展

铁铬液流电池是最早被提出来的一种液流电池,由于成本较低、运行温度范围较大等优势,被认为是具有商业化应用前景的大规模储能技术之一,能有效解决风能、太阳能等可再生能源并网等难题,助力碳达峰、碳中和的实现。本文通过对近期相关文献的调研,首先论述了铁铬液流电池在大规模储能应用中的主要优势,回顾了铁铬液流电池的发展历程,介绍了铁铬液流电池在国内外储能示范项目中的应用情况;其次,归纳并分析了铁铬液流电池在储能应用中面临的技术瓶颈,包括电解液中铬离子的电化学活性较差造成能量效率和功率密度较低,以及充电末期负极容易发生析氢副反应造成电池稳定性差等问题。然后,从铁铬液流电池的电解液、电极、离子传导膜和电池结构四个方面详细阐述了铁铬液流电池技术的研究进展。最后,针对铁铬液流电池存在的局限性,从关键材料改进、结构设计优化和电池成本降低三个方面,对铁铬液流电池未来的技术创新与突破进行展望,为铁铬液流电池技术的发展提供参考和依据。     

Recent progresses and prospects of lead redox flow battery

铅氧化还原液流电池作为一种新型铅电池,具有一定的应用前景,正在逐渐成为电化学储能领域的一个研究热点。自2004年铅液流电池被提出15年来已经有不少相关研究,本文分析了铅液流电池的理论性能,回顾了其发展历程,介绍了其研发现状。现有研究中,电极面积为100 cm²的铅氧化还原液流电池可实现充电效率为90%和电压效率为80%的100次循环,且已有研究者对电极面积为1000 cm²的电池堆进行了测试。计算与分析表明,铅液流电池与传统铅酸电池相比具有更低的储能成本,仅为0.265 ￥·（kW·h）^-1。铅液流电池目前急需解决的问题包括：①开展放大的试验;②筛选或开发集流体材料进一步降低成本;③研究其失效机理以提高其循环寿命;④找到合适的方法修复失效铅液流电池。     

Fabrication and electrochemical performances of porous carbon nanotubes/polyaniline-modified carbon nanotube fiber

通过低电压电泳沉积的方法在碳纳米管纤维（CNF）表面沉积多孔碳纳米管（CNTs）,然后在其表面电化学沉积一层聚苯胺（PANI）,得到CNTs@PANI三维多孔网络结构修饰的核-鞘型纤维电极材料。通过扫描电镜、透射电镜和拉曼光谱表征电极材料表面形貌和微观结构,并利用电化学工作站测试电化学性能,研究结果表明,沉积的多孔CNTs结构可以为PANI提供更多的氧化还原反应活性位点,而PANI也具有固定CNTs的作用,在电流密度为1 mA/cm²时,CNTs和PANI修饰的电极面积比电容达77.28 mF/cm²。以聚二甲基硅氧烷薄膜为基底、PVA-H₃PO₄为电解质制备的对称型固态柔性超级电容器在电流密度为0.25 mA/cm²时,面积比电容为61.25 mF/cm²,恒流充放电4000次后,电容值仍维持在80%,并且串联两个电容器可以点亮电压为1.8 V的LED灯泡。     

Simulation of the effects of electrode parameters on all-vanadium redox flow battery performance

以全钒液流电池为研究对象,利用电池内部传递与反应相耦合的机理模型,模拟电池二维,等温,稳态条件下,电池充电过程电极参数对电池内部极化的影响规律,包括碳毡电极的几何结构参数(厚度Lt和压缩比CR),电学特性参数(比表面积a和电导率)和操作参数(充电电流密度i)的影响.数值模拟结果给出Lt从1.5 mm增至3.5 mm,端电压仅降低3 mV;CR从0.1增至0.5,端电压降低16 mV;a从3.5×10⁴ m²/m³增至3.5×106 m²/m³,端电压降低30 mV;从18.9 S/m增至164.4 S/m,端电压降低87 mV,并给出多孔电极内部过电势在不同条件下不同的二维分布特点;i从100 mA/cm²增至150 mA/cm²,端电压增大57 mV,若同比增大比表面积a,则端电压只增大46 mV.将数值模拟与宏观实验相对比,取得良好的一致性,表明了数值模拟与分析的可靠性.通过增大CR,a,可以明显提高电池性能,为进一步提高电极材料的性能,设计电极结构参数,选择操作参数提供了重要依据.     

生物质衍生碳材料在全钒液流电池电极方面的应用北大核心CSCD

电极是全钒液流电池的重要组成部分,是电解液中不同价态钒离子发生电化学反应的场所。理想的液流电池电极需要同时具备电导率高、比表面积大、润湿性好、耐腐蚀、成本低廉的特性,而目前的材料往往不能兼顾。生物质衍生碳材料具有独特的多孔结构,且含有丰富的氧官能团和氮、磷、硫等元素,可以为电化学反应提供更多的活性位点,被广泛应用于电极材料中。本文回顾了生物质衍生碳材料作为电极或电极催化剂,在全钒液流电池中的应用和研究进展,重点讨论了材料的制备方法、结构组成及其电化学性能,有利于加深人们对电极“构-效关系”的理解,以期设计出更好的电极材料,提高全钒液流电池的性能,降低成本,推进全钒液流电池产业化的发展。     

自支撑CC/NiS2纳米片中间层制备与锂硫电池性能研究

多硫离子的穿梭效应是限制锂硫电池发展的一个关键问题。通过水热法和进一步的硫化反应合成了自支撑的碳布/二硫化镍纳米片(CC/NiS₂)复合材料,并将其用作锂硫电池中间层来有效抑制多硫离子的穿梭效应。NiS₂纳米片均匀生长在CC表面,具有较大的比表面积和优异的催化活性,能够显著增强对多硫离子的化学吸附能力并促进电化学反应动力学。相比于碳布(CC)中间层电池,CC/NiS₂中间层电池具有明显提高的倍率性能和良好的循环寿命,在0.5C下放电的初始比容量为1 254 mA·h·g^-1(增加52%),在2C下循环300圈后的比容量仍高达928 mA·h·g^-1,容量衰减率仅为每圈0.015%。     

Characteristics of graphite based composite electrodes containing carbon nanotubes for vanadium redox flow batteries

以聚四氟乙烯(PTFE)为黏结剂制备了不同组分的石墨粉(GP)和多壁碳纳米管(MWCNT)复合电极,采用恒电位阶跃,循环伏安,电化学阻抗谱及恒电流充放电等方法系统考察了GP-MWCNT复合电极在全钒液流电池(VRFB)体系中的电化学性能.实验结果表明:复合电极中MWCNT含量的增加有利于VRFB正,负极反应的进行,纯MWCNT电极表现出最优的电化学性能;以纯MWCNT电极为正,负极构建的VRFB电池在30 mA/cm²的恒电流充放电条件下表现出了良好的稳定性和电化学性能,电流效率,电压效率和能量效率分别为96%,87%和84%.     

Effect of operating conditions on water management of membrane electrode assembly for direct methanol fuel cell

介绍了直接甲醇燃料电池(DMFCs)膜电极的水平衡研究对单电池性能和稳定性的影响,研究了电池操作温度,空气流量及电流密度等操作条件对膜电极水平衡的影响.通过调节操作条件改变净水传输系数,进一步表征膜电极水平衡对电池稳定性的影响.结果表明,单电池在60 ℃,阴极常压空气80 mL/min进料,100 mA/cm²条件下工作具有较好的水平衡,最后,测试了单电池在该条件下的稳定性,测试结果表明电池稳定运行200 h后,性能没有明显衰减.     

ITO/Metal/ITO叠层电极中Cu/Ag对钙钛矿太阳电池电极性能的影响

研究ITO/Metal/ITO（IMI）电极中金属层Cu和Ag及其厚度对电极光电性能的影响,结合霍尔测试、紫外分光光度计、原子力显微镜等分析金属层材料和厚度对IMI电极光电性能以及形貌的影响。通过优化金属层厚度,获得方阻分别为11.2 Ω/□和14.5 Ω/□且400~800 nm波长范围内平均透过率分别为93.9%和86.5%的ITO/Ag/ITO和ITO/Cu/ITO电极。将IAI和ICI电极作为正面电极应用于钙钛矿太阳电池,太阳电池的填充因子从62.5%提升至78.0%。IMI在短波段的较大反射率会导致电池短路电流密度低1~2 mA/cm²。当Cu层和Ag层的厚度分别为7.4 nm和6.4 nm时,钙钛矿太阳电池的效率达到最佳。     

高效硅基异质结太阳电池的ITO薄膜研究

研究室温下通过直流磁控溅射方法制备高性能非晶ITO薄膜的光电特性,并分析不同结晶度的ITO薄膜对硅基异质结太阳电池性能的影响。结果表明:非晶态的ITO薄膜具有高的载流子迁移率和高的光学透过率;当退火温度高于190℃时,随退火温度的上升,薄膜的结晶性逐渐增强,但其光学性能和电学性能都呈逐渐降低的趋势。通过优化退火温度可获得电阻率为4.83×10^-4Ω·cm、载流子迁移率高达35.3 cm²/(V·s)且长波段相对透过率大于90%的高性能非晶ITO薄膜。对比普通工艺制备的微晶ITO薄膜,在242.5 cm²的硅基异质结(SHJ)太阳电池上采用非晶ITO薄膜作透明导电膜,其短路电流密度提高0.32 mA/cm²,可提升电池的光电转换效率。     

水系有机液流电池电化学活性分子研究现状及展望

水系有机液流电池作为大规模储能技术,在实现可再生能源高效利用方面展现出良好的应用潜力。本文结合水系有机液流电池研究现状,重点围绕能量密度、功率密度、效率和循环寿命四个重要性能参数对水系有机液流电池电化学活性分子进行综述,阐明了电化学活性分子溶解度、电势、电化学反应转移电子数及速率、尺寸、化学稳定性等对水系有机液流电池性能的影响。通过与磷酸铁锂电池、铅碳电池、水系全钒液流电池等技术对比,展望水系有机液流电池发展前景,认为能量密度≥30 W·h/L,最大放电功率密度≥300 mW/cm2,能量效率≥80%,循环容量衰减≤0.05%/d的水系有机液流电池有望参与长时储能市场竞争。     

Lix(Mg,Ni,Zn,Cu,Co)1-xO高熵氧化物负极材料电化学储锂特性

高熵氧化物是一种新型单相固溶体材料,作为转换反应类型的锂离子电池负极材料近年来受到了广泛关注。本工作通过氧化物与LiH固相加热反应合成了预锂化的单相Lix(Mg,Ni,Zn,Cu,Co)1-xO(x=0,0.08,0.16,0.2)高熵氧化物负极材料,并研究了其电化学储锂特性。结果表明,低价态Li+在晶格中引入以及电荷补偿作用使得高熵氧化物中形成Co³⁺、Ni³⁺和氧空位,高价态Co³⁺和Ni³⁺的存在提高了转换反应的电子转移数;氧空位的形成提升了高熵氧化物的导电能力,有利于提高转换反应动力学;同时,非活性Mg2+充当缓冲基质保证了电化学过程中的结构稳定性。因此,预锂化的Li0.16(Mg,Ni,Zn,Cu,Co)0.84O高熵氧化物负极材料在100 mA/g的电流密度下表现出679 mAh/g的高可逆比容量,63.7%的首次库仑效率,较小的电极极化(充放电平台电压差为-0.9 V),并且在1000 mA/g的高电流密度下,800次循环后可逆比容量仍保持在651 mAh/g,显示出优异的循环稳定性和...     

高倍率双层碳包覆硅基复合材料的制备研究CSCD

硅材料作为锂离子电池负极材料具有4200 mA·h/g的超高理论比容量,也因此成为了科研机构和高校的研究热点。但是硅基材料在脱嵌锂的过程中有着巨大的体积变化,膨胀收缩率达300%,这造成了电池在充放电过程中电极材料迅速坍塌,导致了电池的循环寿命大大缩短。为了解决这一问题,本文研究了一种通过水热方法,使石墨烯和碳、硅形成一个双层包覆的三维导电网络结构。实验证明,这种Si/C/G(Si/carbon/graphene)三层结构作为锂离子电池负极材料,表现出了优越的电化学性能,比如超长循环寿命、超大充放电倍率等。这种结构的电极片以0.2 A/g的电流密度充放循环50次,比容量在2469 mA·h/g以上;2 A/g的电流密度充放循环300次,比容量保持在1500 mA·h/g以上;此外在超大电流密度32 A/g的情况下测试,比容量保持在471 mA·h/g,并且具有超强的恢复能力,表现出了卓越的倍率性能,说明这种三维导电网络结构复合材料增加了原始材料的强度韧性及导电性。可见,本工作采用的方法、设计的复合材料结构在很大程度上抑制了硅材料作为负极材料的体积效应,在锂离子电池电极材料的研究发展上具有一定的借鉴意义。     

钒液流电池石墨毡电极的MWCNTs-COOH-NS修饰

聚丙烯腈基石墨毡电极存在电化学活性低等问题,限制了全钒液流电池(VRFB)的发展.为提高VRFB正极侧电极性能表现,研究以硫脲为掺杂源,制备了氮硫共掺杂的羧基化多壁碳纳米管(MWCNTs-COOH-NS)作为VRFB的催化剂.将MWCNTs-COOH-NS修饰到聚丙烯腈基石墨毡电极上,得到复合电极材料.通过扫描电子显微镜(SEM)、比表面积测试(BET)、X射线光电子能谱(XPS)、四探针电导率测试、循环伏安法(CV)、电化学阻抗分析法(EIS)及充-放电循环测试研究了复合电极的表面形态和电化学性能.结果表明,改性后的复合电极提高了比表面积,降低了电池内阻.当电流密度为80 mA/cm2时,电池的能量效率为81.70％,放电容量可以达到782.60 mA·h.在160 mA/cm2的条件下进行充放电测试,电池的能量效率仍可达到72.73％.MWCNTs-COOH-NS修饰的石墨毡电极对正极侧钒离子的氧化还原反应表现出了良好的催化活性和电化学可逆性,并且在充放电测试当中展现出了良好的循环稳定性.本研究有望在一定程度上推动VRFB电极催化剂的发展.     

一种新型水系锌离子电池正极材料NiCo_(2)O_(4)的制备和电化学性能北大核心CSCD

水系锌离子电池的能量密度高、稳定性好、安全系数高。NiCo_(2)O_(4)材料作为双过渡金属氧化物,其导电性能和电化学活性都很出色,本工作首次采用NiCo_(2)O_(4)材料作为水系锌离子电池的正极。采取了溶胶-凝胶法加煅烧热方法制备出立体尖晶石状的NiCo_(2)O_(4)材料,借助扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能谱分析技术(EDS)和电化学技术等表征测试手段,分析这种新型水系锌离子电池正极材料的形貌和电化学性能。结果表明,立体尖晶石状的NiCo_(2)O_(4)材料有着优良的纯度和结晶性,颗粒分散均匀,没有团聚,无杂质且具有良好稳定的充放电性能。电极在100 mA/g电流密度下,首次放电比容量为92 mA·h/g,100圈充放电测试后放电比容量为60 mA·h/g,200圈后,放电比容量保持在44 mA·h/g。但在循环倍率测试中发现,当电流密度较大时,NiCo_(2)O_(4)电极产生了27 mA·h/g的衰减,在一定程度上有着不可逆的冲击破坏。本研究有助于推动水性锌离子电池电极的应用,为高性能水性锌离子电池电极材料的研发提供实验依据。     

碳电极浆料作为阴极材料的快速充放电铝离子电池北大核心CSCD

[EMIM]Cl基铝离子电池是一种具有前景的储能器件。由于其能量密度高、价格低廉、安全性高等特点有望成为下一代储能体系。本工作介绍了一种原本用于钙钛矿太阳能电池丝网印刷技术的可高倍率充放电的低温导电碳电极浆料,可在1000 mA/g的电流密度下,实现快速充放电,比容量保持在75 mAh/g左右,其充电倍率可达12 C。通过光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及比表面积分析等表征手段,对低温导电碳电极浆料、天然石墨片以及石墨烯作为阴极材料所组装的铝离子电池的性能进行了比较和分析,发现快速充放电主要是由于其特殊的表面形貌以及较大的比表面积所导致的。通过X射线衍射等测试也可证明低温导电碳电极浆料作为阴极材料的比容量高于其他阴极材料。实现了高充放电电流密度的铝离子电池。     

RPD技术生长ICO∶H薄膜及其在晶体硅异质结太阳电池中的应用

通过反应等离子体沉积(RPD)技术室温下生长掺铈的氧化铟薄膜,且沉积过程中通入氢气。高迁移率可使透明导电薄膜在较低的电阻率时保持较高的近红外透过率;透明导电薄膜中较低的载流子浓度能够减少自由载流子的吸收。迁移率的大小主要由薄膜内的散射机制决定,并且受薄膜非晶结构制约。ICO∶H薄膜表面平整,在近红外长波段透过率超过80%。在氢气流量为2 sccm时,薄膜获得1.34×10^-3Ω·cm的最低电阻率和94 cm²/Vs的高迁移率。在晶体硅异质结(SHJ)太阳电池应用中,获得了较高的短路电流密度38.44 mA/cm²,相应的转换效率为16.68%。     

加热和水处理共同调控PbI2薄膜形貌及其在钙钛矿太阳电池中的应用研究

该文研究加热和水处理共同作用对PbI₂薄膜形貌的调控和对钙钛矿太阳电池性能的影响。使用的钙钛矿体系为（FAPbI₃）_1-x（MAPbBr₃）_x,并在两步法工艺基础上对PbI₂薄膜进行不同时间加热和短时间水处理可将PbI₂薄膜制备成多孔结构。将双重处理后的PbI₂薄膜制备成钙钛矿薄膜后,可发现钙钛矿薄膜质量明显提升,表现在：钙钛矿的晶粒尺寸明显增大、结晶性增强、吸光能力提升、载流子传输更快。且此种方式能有效调控钙钛矿薄膜中的PbI₂残留量。在器件效率方面,只对PbI₂薄膜进行加热处理制备的电池的开路电压、短路电流、填充因子和效率分别为1.05 V、23.12 mA/cm²、73.81%和17.92%,而在最优双重处理工艺下制备的电池的这4个相应的参数分别为1.09 V、24.75 mA/cm²、77.85%和21.10%。