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《有机硫化物的电化学加氢》

  • 来源专题：可再生能源
  • 编译者： pengh
  • 发布时间：2017-07-26

  • 电化学还原脱硫是一种低成本、环保的技术，能够实现高度自动化。研究了有机硫氢化和电解液在C / Nafion电极上的电化学耦合反应。电化学脱硫是由循环伏安法(CV)、用库仑法(BEC)和电化学阻抗法(EIS)技术进行的。以噻吩和苄硫醇为模型有机硫化合物。循环伏安法的结果表明,噻吩的电化学加氢还原反应发生在约0.35−诉过程包括进行化学反应和电化学反应。从噻吩加氢反应生成的电流随反应温度和阳极电解液酸度的H +浓度增加。在相同的反应条件下，苄基硫醇脱硫效率明显高于噻吩。从电解反应产物中，提出了噻吩电化学加氢的机理，包括环开环和直接加氢后的环开环。所提出的反应机制与EIS的结果一致，表明主要的反应是环开，其次是氢化。反应产物和EIS结果表明，苯硫醇的电化学加氢反应机理是通过打破CS键形成H2S和甲苯。

    ——文章发表于2017年7月20日

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    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心—领域情报网
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    • 长沙理工大学材料科学与工程学院2018级本科生任宇作为第一作者、其导师金红广博士为通讯作者的科研论文“Metal-Porphyrin Frameworks Supported by Carbon Nanotubes: Efficient Polysulfide Electrocatalysts for Lithium-Sulfur Batteries”，被《化学工程杂志》（Chemical Engineering Journal）在线发表。 由于能源供给和需求在时间和空间上的矛盾，储能器件成为新能源体系中不可或缺的重要环节。锂离子电池作为便携式电子供电设备在近三十年间取得了巨大商业成功，但它仍受能量密度低等问题限制。锂硫电池具有理论能量密度高、成本低廉、对环境友好等优点，是下一代储能器件选择之一，但它的商业化应用受到一系列问题的阻碍，其中多硫化物的“穿梭效应”是最严峻的问题。 在自然界中，细胞色素c 还原酶可通过其结构中的卟啉与附近硫簇之间的高效电子转移，完成高效催化氧化磷酸化过程。受此启发，任宇等几位课题组成员将基于自由碱卟啉和钴卟啉的二维铪-卟啉框架纳米片原位生长到具有优良导电性能的碳纳米管上，并用构建的纳米复合物Hf-H2DPBP/CNT与Hf-CoDPBP/CNT修饰商业化的Celgard隔膜。由于Hf-H2DPBP与Hf-CoDPBP两者对多硫化物具有高效催化转化性能，它们通过有效抑制多硫化物的“穿梭效应”，大大优化了锂硫电池的电化学性能。 此外，任宇等课题组成员开展的电化学实验数据表明，Hf-H2DPBP与Hf-CoDPBP具有相当的电催化表现，即使后者具有单原子金属催化活性位点（Co）。他们进一步结合DFT计算和局部态密度分析，从理论计算角度进行了详细分析。据介绍，此项成果为高效卟啉基电催化材料在锂硫电池方面的应用提供了理论基础和设计思路，具有重要的科学意义。 该论文审稿人认为，论文作者构建了两种金属卟啉框架材料，用于锂硫电池隔膜涂层材料的多硫化物电催化剂。经自由碱卟啉和钴卟啉基的金属卟啉框架材料改性的隔膜表现出了优异且相当的电化学性能，这都得到了实验和理论计算的充分支持。该工作对开发卟啉基隔膜涂层材料用于先进锂硫电池具有重要意义。
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    • 编译者：郭楷模
    • 发布时间：2024-08-14
    • 作为已经被业界公认的下一代先进电池，全固态电池产业化已经被全球主要汽车与电池生产国上升到战略高度。 根据不同的电解质类型，固态电池主要包括聚合物、氧化物、硫化物三种技术路线。具体选择哪种路线来制造全固态电池?头部企业似乎已经有了答案。 据电池中国了解，目前包括Solid Power、丰田、松下电池、三星 SDI等海外企业，均选择硫化物路线研发全固态;国内来看，包括宁德时代、亿纬锂能、国轩高科、蜂巢能源、广汽等企业也锚定了硫化物路线。 业内人士分析指出，硫化物电解质离子电导率最高，电化学窗口宽，柔度和可塑性好，或最终成为全固态电池主要路径。但需要指出的是，硫化物电解质生产要求高，且硫化锂前驱体昂贵，仍是制约其商业化的主要障碍。 值得注意的是，在全球都在加大全固态电池领域投资、研发的当下，中国正逐步建立全固态电池产业链。 01 多家电池企业公布全固态电池量产时间表 今年以来，对全固态电池的关注度陡然增温。就连之前对全固态电池不太乐观的宁德时代，也改口了。今年年初，宁德时代董事长曾毓群在接受媒体采访时，还曾对固态电池即将商业化的说法持质疑态度。彼时，丰田称固态电池最早将于2027年投入使用，但曾毓群表示，电动汽车固态电池距离商业化还有数年时间，这项技术还不够完善，缺乏耐用性，且仍然存在安全问题。 然而，今年6月，宁德时代在接受投资者调研时表示，如果用技术和制造成熟度作为评价体系(1-9打分)， 宁德时代全固态电池研发项目目前处于4的水平，目标是到2027年达到7-8的水平，有望实现全固态电池小批量生产。 “目前没有任何一种固态电解质是十全十美的，(但)硫化物路线或率先突破。”宁德时代储能事业部CTO许金梅表示。值得注意的是，宁德时代首席科学家吴凯今年早些时候也透露，宁德时代2027年小批量生产全固态电池机会很大，硫化物路线进展较快，并已建立10Ah级全固态电池验证平台。 据了解，目前全固态电池在固固界面、锂金属负极、固态电解质、制造工艺等维度仍面临挑战，宁德时代已经在高比能、长寿命正极，高性能锂金属负极，以及干/湿法极片制备和电芯一体化成型工艺等维度有进展。 今年6月，亿纬锂能也曾透露，公司在全固态电池电解质路线上，选择了硫化物和卤化物复合固态电解质路线，预计2026年将突破生产工艺，推出全固态电池，并在2028年推出能量密度高达400Wh/kg的全固态电池。 5月，国轩高科对外发布了公司自主研发的全固态电池产品——“金石电池”，该电池采用了硫化物电解质路线，基于对硫银锗矿型材料的微纳化处理(D50不超过500nm)，其电解质可实现超过10mS/cm的高电导率。据国轩高科介绍，其30Ah全固态电芯可实现350Wh/kg的质量能量密度，800Wh/L的体积能量密度，电芯体系循环次数则可达3000次以上。 此外，广汽集团今年4月发布了能量密度达400Wh/kg以上的全固态电池，计划于2026年首先搭载于其昊铂车型。据业内人士分析，广汽或采用了硫化物电解质。去年10月，丰田汽车和日本出光兴产石油公司共同宣布，争取2027至2028年使全固态电池进入实用化阶段，亦采用硫化物固态电解质，这种固态电解质能实现大容量、大功率等特性。 02 产业链逐步跟进，硫化物全固态量产可期 据报道，上个月欧阳明高院士工作站在全固态电池中的关键材料——“硫化物电解质”的研发中，已经取得阶段性进展：研发的纳米级“硫化物电解质”即将进入量产阶段，目前正在规划一条年产百吨级的中试线。中试线运行顺利后，2026年前，欧阳明高院士工作站还会建设一个千吨级的量产线。 作为国内电解液头部企业之一，据悉天赐材料Li2S与硫化物电解质将于今年完成实验室中试，规划未来两年实现中试及量产。 当升科技在投资者互动平台表示，该公司已系统布局硫化物、氧化物、聚合物等主流固态电池用关键材料技术路线。未来，当升科技会根据市场情况和客户需求持续推进固态锂电材料生产及销售。 据悉，容百科技已经布局离子电导率>10mS/cm，对空气稳定性>75%，粒径<700nm的硫化物固态电解质，以及适配全固态电池的电容量>207mAh/g、效率>86%、压实密度>3.6g/cc三元正极材料。 容百科技研发体系总裁李琮熙表示，为实现硫化物系全固态电池的产业化，就需要让基础原料硫化锂的价格持续降低才可以。此外，在全固态电池产业化道路上，还需要攻克固态电解质与正负极材料间的界面问题、固态电解质的合成问题、固态电池制造工艺多个技术难题。 值得一提的是，今年以来，多家电池产业链企业、科研机构在核心工艺、先进设备研发等维度持续取得进展，相信结合大数据技术，以及在全行业积极投入推动下，全固态电池的产业化有望提前到来。
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