《韩国研发新负极材料 将锂离子电池储能能力提高50%》

  • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2020-06-29
  • 据报道,韩国科学技术研究院(Korea Institute of Science and Technology,KIST)宣布,KIST储能中心负责人Kyung Yoon博士、Sang-Young Lee教授(韩国国立蔚山科学技术研究院)以及KIST纯中心首席研究员Wonyoung Chang博士组成的联合研究小组通过利用三文鱼的DNA稳定过锂化层状氧化物(OLO),成功研发了一种高性能阴极材料。
      在锂离子二次电池中,充放电过程中锂离子在阴阳极之间来回移动的数量决定了电池系统的能量密度。换句话说,研发高容量的阴极材料对于提高锂离子电池的容量至关重要。
      过锂化层状氧化物可逆容量较高,达250 mAh/g(现有的商业化材料的可逆容量只有160 mAh/g),早被认为是新一代负极材料,能够将电池的储能能力提高50%以上。不过,OLO的主要缺点是,在充放电循环过程中,OLO的分层结构会崩溃,导致膨胀,最终使得电池无法使用。
      KIST研究团队将OLO表面与内部分成特定区域,并采用透视电子显微镜分析该晶体结构的变化情况。分析结构表明,经过反复的充放电循环,OLO的表面金属层开始崩溃。
      于是,该联合研究小组采用了一种对锂离子有很强吸附力的三文鱼DNA,以控制会导致材料退化的OLO的表面结构。不过,该三文鱼DNA在水溶液中显出聚集的趋势。为解决该问题,研究小组将碳纳米管(CNT)与三文鱼DNA组合成了复合涂层材料。将DNA/CNT混合物均匀地放置并附着在OLO的表面,从而研发出了新型阴极材料。
      KIST研究团队采用了综合先进分析技术(研究各种因素,从单个颗粒到电极),发现OLO的电化学特性及其结构稳定性机制都得到了改善。原位X射线分析结果也证实,在充放电循环过程中,结构退化得到了抑制,热稳定性得到改进。

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  • 《德国KIT研发出高能阴极材料将电池容量提高30%》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2019-12-16
    • 近日,卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)和合作机构的研究人员研究了用于未来高能锂离子电池的阴极材料合成过程中的结构变化,并获得了有关降解机理的新发现。他们的发现有助于开发更高容量的电池,从而增加电动汽车的行驶距离。 迄今为止,电力不足造成的行驶距离短阻碍了电动汽车的突破,而充电容量增加的锂离子电池将有助于解决这个老大难。应用材料-储能系统研究所(IAM-ESS)负责人Helmut Ehrenberg教授说:“我们正在开发这种高能系统,基于对电池电化学过程的基本理解,并通过创新地使用新材料,我们认为锂离子电池的存储容量可以增加30%”。这项研究是在德国最大的电化学储能研究平台Ulm&Karlsruhe的电化学储能中心进行的。 高能锂离子技术与传统技术的区别在于特定的阴极材料。与迄今为止所使用的镍、锰和钴的不同比例的层状氧化物不同,采用含过量锂的富锰材料,能大大提高阴极材料的单位体积/质量储能能力。不过,这些材料的使用一直存在问题。 在锂离子的插入和提取过程中,即电池的基本功能过程中,高能阴极材料会发生降解。经过一定时间后,层状氧化物转变为具有高度不利电化学性能的晶体结构。结果是,平均充放电电压从一开始就降低了,这就阻碍了高能锂离子电池的发展。 研究人员现已在《自然通讯》中描述了降解的基本原理:“基于对高能阴极材料的详细研究,我们发现降解不是直接发生的,而是通过形成迄今几乎未发现的含锂岩石盐结构而间接发生的。此外,氧气在反应中起着重要作用。” 除这些结果外,研究还表明,有关电池技术性能的新发现不一定必须直接从降解过程中得出,相关科学家在合成阴极材料的研究中发现了它们。 卡尔斯鲁厄理工学院的发现标志着电动车高能锂离子电池发展道路上的一个重要里程碑。 
  • 《锂离子电池:储能电池中的明珠》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2019-10-30
    • 日前,瑞典皇家科学院将诺贝尔化学奖授予对锂离子电池发展作出突出贡献的3位科学家。其中,惠廷厄姆采用硫化钛作为正极材料,金属锂作为负极材料,制成世界上第一块锂离子电池。古迪纳夫经过反复实验与验证,发现钴酸锂比硫化钛更适合储存锂离子,进而显著提高电池的电压平台。吉野彰在此基础上,采用锂离子代替纯锂,提升了电池的使用安全性,从而使锂离子电池具备实际应用条件。 之所以被称为锂离子电池,是因为无论在电池正负极还是在电解质中,锂都是以离子形式存在。与其他储能电池相比,其突出优点在于单位体积的储存能量高,没有记忆效应,充电前不必顾及电池的用电深度,同时,能量转换率高、自放电率低、使用寿命长等。随着日本索尼公司生产的锂离子电池于1991年投入市场,锂离子电池迅速实现大范围应用,是目前便携式电子设备、新能源汽车、智能电网等的主流储能形式。 由于特有的技术优势,锂离子电池目前广泛应用于军事领域,成为军事作战中不可或缺的能量来源。 军事基地储能。高原、边防、海岛部队距后方基地远,能源补给线长,开发利用风能、太阳能等可再生能源成为必然趋势。采用锂离子电池储能,不仅可解决可再生能源发电间歇性和稳定性差等问题,还具备削峰填谷等功能,是解决偏远军事基地能源保障的关键技术。但目前锂离子电池在大规模储能应用方面存在安全性较差的问题,遭到火力打击时,容易冒烟、起火,甚至引起爆炸。 野战供电。采用锂离子电池的方舱式储能系统没有柴油发电机噪声大、红外特征明显等问题,显著增强了电能保障的隐蔽性和生存能力。但针对野战供电环境,锂离子电池存在低温性能差等问题,如在-40℃条件下,电池的充放电容量不足室温条件下的一半。 高能武器电源。电磁炮、激光、高功率微波等新型高能武器装备运用越来越广泛,定向能武器输出功率越来越大。锂离子电池以优异的倍率充放电能力可用于高能武器的电源。不过,随着高能武器小型化的发展趋势,现有锂离子电池的体积功率密度仍需进一步提高,以满足车载和机载武器小型化、轻量化要求。 无人装备动力源。目前主流的小型和微型无人装备均采用锂离子电池作为其主要电源。但以锂离子电池为动力源的无人机,续航时间通常在半小时左右,是制约军用无人装备实战化应用的最大问题。 单兵电源。随着单兵装备信息化、可视化以及智能化趋势加快,对电能的需求急速增加。锂离子电池是目前各国单兵装备的主力电源。不过,随着单兵和班组作战信息化程度不断提高,士兵在执行任务过程中,不得不携带更多电池。目前高能量密度的电源是制约未来士兵连续作战的瓶颈技术。 因此,未来锂离子电池的研究将集中在以下几个方向。 一是高能量密度。随着能量密度不断提高,相同体积或重量条件下电池所蕴含的能量更大,可全面提升无人机、水下潜航器、单兵装备等的续航时间与续航里程。二是高安全性。通过采用固态电解质代替传统可燃有机电解液,锂离子电池具有更高安全性,在遭受炮火打击后不会引起二次爆炸,满足大型军事基地、储能方舱等对大容量、高安全储能的需求。三是高环境适应性。提升低温条件下锂离子在电极材料中的扩散能力以及电解液的电导率,使电池能够在严寒条件下正常充放电,从而有效增强野战电站和武器装备等的全域作战能力。四是高功率密度。通过开展相关研究,使锂离子电池的快速充放电性能不断提高,从而满足新型武器能量瞬时释放的脉冲功率需求。 能源是现代战争的物质基础和动力源泉,从大型军事基地到单兵班组,从空天飞行器到水下装备,锂离子电池发挥着非常重要的作用。随着关键技术的不断突破,锂离子电池在军事领域将有更广泛的应用前景。