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陳根:鉛基陽極翻倍儲能,鋰電池能力再擴(kuò)大
日期:2021-02-18   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:dingyi 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
 近年來,隨著對可再生能源利用的巨大需求,和對環(huán)境污染問題的日益關(guān)注,以鋰電池為代表的二次電池(可充電電池或蓄電池)——這種能夠?qū)⑵渌问侥芰哭D(zhuǎn)換成的電能,并預(yù)先以化學(xué)能的形式存儲下來的儲能技術(shù),持續(xù)革新著能源系統(tǒng)。

現(xiàn)階段,鋰離子電池已經(jīng)成為電動汽車最重要的動力源,其發(fā)展經(jīng)歷了三代技術(shù)的發(fā)展,其中,鈷酸鋰正極為第一代,錳酸鋰和磷酸鐵鋰為第二代,三元技術(shù)則為第三代。

隨著正負(fù)極材料向著更高克容量的方向發(fā)展和安全性技術(shù)的日漸成熟、完善,更高能量密度的電芯技術(shù)正在從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化,應(yīng)用到更多場景里。

而在擴(kuò)大當(dāng)今鋰離子電池的能力方面,從鹽、硅到微波塑料,各種替代材料都不斷地被研究人員開發(fā)著。其中,由于鉛的豐富性、低成本和電池系統(tǒng)的熟悉性,因而成為一種具有吸引力的選擇。

作為鋰電池的兩個電極之一,陽極在充電過程中裝有鋰離子,并在放電時釋放它們。石墨是當(dāng)今鋰電池陽極的首選材料,并且很好地服務(wù)于鋰電池陽極,在數(shù)千個充電周期中保持穩(wěn)定。但鋰電池仍存在許多可以改進(jìn)的地方,比如,存儲容量,在這方面,鉛的潛力被學(xué)界普遍看好。

近日,美國能源部(DOE)阿貢國家實驗室的科學(xué)家報告了一種新的鋰離子電池電極設(shè)計,它使用了低成本的材料鉛和碳。這一關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)的貢獻(xiàn)者還包括來自西北大學(xué)、布魯克海文國家實驗室和蔚山國家科學(xué)技術(shù)研究所(UNIST)的科學(xué)家。

研究團(tuán)隊從大型氧化鉛顆粒開始,這些顆粒與碳粉結(jié)合并搖晃了幾個小時。這將它們轉(zhuǎn)化為嵌入碳基質(zhì)中的較小的微觀顆粒,全部封裝在薄的氧化鉛殼中。

這種新型陽極材料在實驗室的電池中進(jìn)行了測試,其能量存儲能力是常規(guī)石墨陽極的兩倍,超過100個充電周期,并在整個過程中證明是完全穩(wěn)定的。研究小組還發(fā)現(xiàn),在標(biāo)準(zhǔn)電解液中加入少量的碳酸氟乙烯酯可以顯著提高性能。

研究團(tuán)隊從大型氧化鉛顆粒開始,這些顆粒與碳粉結(jié)合并搖晃了幾個小時。這將它們轉(zhuǎn)化為嵌入碳基質(zhì)中的較小的微觀顆粒,全部封裝在薄的氧化鉛殼中。

這種新型陽極材料在實驗室的電池中進(jìn)行了測試,其能量存儲能力是常規(guī)石墨陽極的兩倍,超過100個充電周期,并在整個過程中證明是完全穩(wěn)定的。研究小組還發(fā)現(xiàn),在標(biāo)準(zhǔn)電解液中加入少量的碳酸氟乙烯酯可以顯著提高性能。

研究人員認(rèn)為,他們的發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了目前對這種電極材料的理解,并且為設(shè)計低成本、高性能的交通和固定能源存儲陽極材料提供了令人興奮的意義。

這項研究已發(fā)表在《高級功能材料》雜志上。

 
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來源:陳根
 
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