基于3D打印技术的石墨烯基三维电极设计制造研究进展

锂离子电池因其较高的能量密度、稳定的放电平台和安全的使用环境被广泛应用于航空航天、汽车、可穿戴柔性设备等领域。目前锂离子电池的研究主要集中在薄电极（<50 μm）的设计制造,其较低的单位面积负载（<5 mg·cm^-2）严重制约了面积比容量。因此厚电极的制造（100~500 μm）将成为未来高比能量电池的研究热点。3D打印技术因其可定制化成型复杂电极结构的优势,在厚电极制造领域具有广泛的应用前景。综述了3D打印成型工艺在石墨烯基三维厚电极领域的研究进展,分析了相应3D打印工艺的成型特点（墨水性能、成型精度、适用范围）和工艺难点,展望了石墨烯基三维厚电极3D打印的发展趋势,提出了基于凝胶电解质的全电池成型工艺,为新一代高性能锂离子电池的研制提供新思路。     

丰田新电池技术能让电动汽车行驶距离翻番

丰田开发出了新一代蓄电池的基础技术,利用这种电池可以将电动汽车的连续行驶距离延长至目前2倍以上。新开发的是作为电池主要部分的电极材料,使用的是海水中含量丰富的钠,与目前主流的锂离子电池相比价格更低。丰田为在2020年前后投入实际应用,正加快推进研究。此次开发的是,利用钠离子来传输电子的"钠离子电池"的正极材料。这种材料是由多种磷氧化物和镍等金属、钠构成的化合物。在试制硬币大小的电池时发现,在室温状态下其电压值比锂离子电池高3成左右。电压值是衡量电动汽车连续行驶距离的重要指标。     

未来型电池——氧化锂—锰充电电池

美国贝尔通讯研究所(Bellcore)(简称贝尔可)的化学家最近发明了一种新型Li-Mo-O可充电电池,它在氧化锂—锰电极和碳电极间加入锂离子梭动装置。 目前,这种新型电池仍处在实验阶段。据称,它将比其它锂离子电池更加安全,寿命更长,制造成本更为低廉。此外,与目前应用最普遍的镍—镉充电电池相比,其能量高2倍。贝尔可科学家预言,新电池将在多种应用中替代镍—镉及小型铅酸电池。     

磁悬浮飞轮转子的临界转速分析

磁悬浮飞轮电池具有比能量高、比功率大、充放电快、寿命长、无任何废气废料污染等优点,使其具有广阔的发展前景。基于传递矩阵法并借助ANSYS软件对磁悬浮飞轮电池转子的临界转速进行了研究与分析。     

世界比能量最高锂硫电池研制成功

正中国科学院开发的具有自主知识产权的"高比能量、大容量锂硫二次电池及电池组"在北京通过了科技成果鉴定。第三方检测报告显示,该研究组研制的35Ah电池比能量达到566Wh/kg(25℃测量),是迄今世界上比能量最高的锂硫电池和电池组。锂硫电池有望成为电池领域一匹黑马。     

碳纳米管导电剂对硅复合电极初始裂纹的调控作用

硅作为新型高容量锂离子电池最具潜力的负极材料,具有极高的能量密度。然而,硅材料在充放电过程中的巨大体积变形,导致电极的严重损伤和快速退化,使得硅基电池的循环寿命普遍较低,难以同时满足高容量与长寿命的设计要求,是高容量锂离子电池研发的核心难题。导电剂作为锂离子电池复合电极活性层的主要构成之一,传统上认为主要起到提高电极电导率的作用。通过研究导电剂(以碳纳米管为例)的组分含量,实验揭示了导电剂对硅复合电极的初始裂纹密度存在调控作用,得到了碳纳米管含量的最优值,并发现了碳纳米管的加入会引入缺陷的负面机制,此机制在电化学循环中也起到重要作用。以上实验结果对指导高容量长寿命硅复合电极的设计和制备具有重要意义。     

高功率锂离子电池放电倍率对容量影响的研究

锂离子电池比能量高，循环寿命长，具有高稳定性，已应用于各个领域。研究高功率锂离子电池放电倍率对容量的影响，对不同放电倍率的高功率锂离子电池进行容量测试，明确高功率锂离子电池的容量衰减问题，得到不同倍率下循环使用后高功率锂离子电池的容量和电压曲线。采用混合功率脉冲特性方法对高功率锂离子电池内阻进行测试和计算，分析结果表明，高功率锂离子电池在高荷电状态下内阻伴随放电率的提高而减小，在较低荷电状态下内阻则呈现出一定的复杂趋势。通过研究，可以促进高功率锂离子电池的应用。     

无需电池自驱动心脏起搏器问世

正据英国《自然·通讯》杂志23日发表的一项生物医学工程研究,中美科学家团队报告了一种无需电池、可以收集心跳产生的能量的装置,并以此给心脏起搏器供能。这一装置被植入成年猪体内后,还能纠正窦性心律不齐。作为一种较常见的可植入电子仪器,心脏起搏器发放由电池提供能量的电脉冲,通过导线电极的传导去刺激电极接触到的心肌,进而使心脏激动和收缩,达到治疗的目的。但目前的心脏起搏器等植入式医疗器件,主要依靠电池供能,这些电池不仅笨重坚硬,而且寿命较短。植入式自驱动能量收集器可用于生理调节,但目前只在能量需求较低的小型动物和细胞模型上进行过展示。     

新能源电动汽车动力电池概述

电动汽车无污染,能源可多样化配置,噪声低,能量转化效率比内燃机汽车高,同时还具有结构简单、运行费用低、安全性相对较好等优点,代表了新一代环境协调型交通工具的发展方向,正在成为当今世界汽车发展新潮流。但是电动汽车目前发展最大的制约来源于其能量存储设备——电池。动力电池作为电动汽车的能量来源,是电动汽车产业链的核心,其作用相当于传统汽车的"燃油"。当前在使用和正在研究开发的电动汽车动力电池主要有:燃料电池、太阳能电池、化学蓄电池和超级     

DN-2型钠离子浓度计电极国产化的研制

微机化在线钠离子浓度计的关键问题即为电极国产化问题。详细介绍了电极国产化的研制过程，从研究钠电极的特性入手，分析了进口钠电极和国产钠电极的工作原理及特性异同点。结合DN-2型钠离子浓度计的实际电路，对原电路进行了适当的改造。通过采用电极转换电路，使国产电极能够应用于DN-2型钠离子浓度计，实现了电极国产化，取得了较好的使用效果及较高的经济效益。     

车用锂离子电池热管理系统研究

近年来,随着能源和环境问题越来越突出,锂离子电池驱动的电动汽车在缓解这些问题方面显示出了巨大的潜力和优势。与其他电池相比,锂离子电池具有比能量高、能量密度高、使用寿命长等优点。然而,受限于电池的工作温度,锂离子电池电动汽车发展面临巨大挑战。在高温环境下,锂离子电池可能会产生热失控,导致短路、燃烧、爆炸等安全问题。本文介绍了锂离子电池所使用的热管理方法,并对其优缺点进行了讨论和比较。同时,本文的最后,提出了锂离子电池的发展前景。     

硫氮共掺杂柔性电极的制备及其储钠研究

锂离子电池在当下的二次储能技术中已经占据了主导地位,但锂资源逐步高涨的成本和较低的储量已经成为其进一步发展的阻碍。相比锂资源而言,钠资源具有更高的储量和更低的成本,因此钠离子电池更具有成为下一代储能电池的潜力。文章采用静电纺丝结合热处理的方式制备了一种硫氮共掺杂的碳纳米纤维,并将其作为自支撑材料用于电池负极,结合系列电化学性能测试证明本实验所制备的碳纤维具有优异的性能。这种碳基材料的制备方式也为构建新型钠离子电池提供了借鉴。     

电极表面修饰和添加剂对高功率Ni-MH电池性能的影响

对Ni-MH电池正负极片修饰技术进行了研究。结果表明：该方法可增强电极的导电性,降低电池的内阻,提高电池的充放电效率和大电流放电能力,改善了电极的电化学性能。利用极片修饰技术制备的高功率D型Ni-MH的比功率和循环寿命均有提高。在电解液中,添加微量添加剂nT明显降低电池充电后期的内压,提高电池的充电功率和循环寿命。     

多孔石墨烯复合材料可增强电极性能

<正>近年来研究表明,纳米电极材料有望提供相当于现在商用锂离子电池数倍的能量或功率密度,但该材料此前只能在负载量极低的超薄研究型电极中达到其优异性能,难以在需要较高负载量的商用器件中实现其应有潜力。美国加州大学洛杉矶分校段镶锋教授团队最近研制出一种三维多孔石墨烯复合电极材料,成功地解决了电极性能随着负载量急剧下降的关键难题,     

自我修复电极

迄今为止,人们认为最具有发展前景的电极材料之一是硅。电池在充电时,硅材料电极拥有极强的从电池液中摄取锂离子的能力;放电时,它能迅速地释放存储的锂离子让电池输出电能。但是每当电池充电时,硅电极的体积会膨胀至正常大小的3倍,放电后再恢复至原形。于是,具有脆性的硅材料很快就会出现裂痕并脱落,严重地影响电池的性能。不过,锂离子电池电极的问题有望在不久的将来得到解决,因为美国斯坦福大学和能源部科学家     

高性能钾离子电池负极材料研究成功

正中国科学院深圳先进技术研究院材料所(筹)光子信息与能源材料研究中心在新型高性能钾离子电池的负极材料研究方面取得新进展:理论预言苯乙烯材料是一类非常有前景的钾离子电池负极材料,基于大量的计算模拟数据指出苯乙烯材料在用作钾离子电池负极材料时具有非常高的理论比容量和非常小的体积膨胀。因为在成本和环境等方面的优势,钾离子电池被认为是锂离子电池的最佳替代者之一,从而被广泛研究;然而在负极材料端,因为钾具有比锂大的离子半径,使得常用的石墨、硅和     

基于MSC1210的钠离子浓度测量系统

介绍一种在线式钠离子浓度测量系统。系统以MSC1210单片机为核心,选用钠离子选择性电极和甘汞参比电极作为电化学传感器;采集到的电信号,经高阻抗仪表放大器放大后,送入MSC1210的高精度模数转换器（ADC）中,最后计算得到钠离子的浓度,并使用液晶显示器进行显示。该系统具有测量精度高、抗干扰能力强、测量范围宽等优点,可在线连续测量。     

等离子液料喷涂制备镍钴锰酸锂（NCM）正极材料性能研究

镍钴锰酸锂三元材料因其聚集了锰酸锂、镍酸锂、钴酸锂三种锂离子电池正极材料的优点而成为研究热点。不同于传统锂电池涂布-辊压-烘干的长流程制片工艺,等离子喷涂拥有制程简便、效率高、能制备宏观体型电极的优势。本文采用液料等离子喷涂工艺制备镍钴锰酸锂(NCM)正极电极,通过X射线粉末衍射分析(XRD)、扫描电镜分析(SEM)、充放电性能测试等对电极的理化特性和电化学性能进行测试分析。结果表明,新型的等离子喷涂工艺方法制备的NCM正极电极致密、粘结性好,电化学性能测试表明极片的放电比容量为1500μAh/g,20周循环后比容量543μAh/g,这为将来能制作大型高安全性电池奠定了一定的基础。     

锂离子液流电池电极悬浮液的电子导电性建模及仿真

锂离子液流电池是一种新型可充电池,其电极悬浮液的电子电导率直接影响电池的充放电性能。研究针对电极颗粒为球形导电颗柱的静态电极悬浮液,通过建立电极颗粒导电网络的统计模型,分析电极颗粒连通率及平均接触数,计算其电子电导率随颗粒含量的变化关系。设计了一种导电通路搜索算法,结合电阻网络法进行计算机模拟。结果显示,当导电电极颗粒含量达16vol％左右时,电极悬浮液开始具有连续的电子导电特征。悬浮液电子电导率随电板颗粒含量的增加而增大。当导电电极颗粒含量为40vol％时,悬浮液电子电导率可达固态密实电极的50％。     

微量润滑喷嘴电晕电极的电场特性及其对油雾荷电性能的影响研究

针对静电气雾微量润滑系统的电晕电极产生的高压静电场影响润滑油雾的荷电性能,以及电晕电极的结构形式决定了电场的强度和分布的问题,对不同电晕电极数量及布置型式对空间电场强度的影响展开了分析。利用Ansoft Maxwell软件对不同结构形式电晕电极的空间电场强度进行了仿真,并建立了电晕静电气雾微量润滑油雾荷电性能测试系统,研究了不同电极结构形式对油雾荷质比的影响。研究结果表明,对比多电晕电极,单电晕电极具有结构简单、电场强度高以及高场强集中分布于润滑油锥状气雾区域的特点。电晕电极的空间电场仿真结果与油雾荷质比实验结果基本符合,单电晕电极的油雾荷质比优于多电晕电极,适用于电晕静电气雾微量润滑系统。