登录
 机构网站
  1. 首页
  2. 情报产品
  3. 快讯详情

《FeCo-硒化物有望成为下一代储能器件中的电极材料》

  • 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
  • 编译者： 冯瑞华
  • 发布时间：2018-09-04

  • 在即将出版的“NANO”《纳米》中显示，中国矿业大学的一个研究小组已经制造出了一种基于FeCo-硒化物纳米片阵列作为正极和Fe2O3纳米棒阵列作为负极的不对称超级电容器( ASC )。有证据表明FeCo -硒化物可能有希望成为下一代储能器件中的电极材料。

    　　超级电容器由于其高功率密度、快速充放电速率、低维护成本和长循环寿命，被广泛应用于便携式电子设备和电动汽车领域，而且被认为是储能装置最有吸引力的候选者。

    　　类似于过渡金属双金属氧化物和硫化物，因为硒属于与硫相同的族元素，金属硒化物可以被认为是电极材料的有希望的候选者。

    　　中国矿业大学的一个研究小组成功地制造了一种以FeCo -硒化物为正极，Fe2O3为负极的固态储能装置。

    　　FeCo -硒化物采用两步水热法合成，以Ni泡沫为基底和集流体。在Ni泡沫上制备的FeCo -硒化物纳米片阵列显示出在1a/g的电流密度下获得的978F/g的比电容(163mAh/g的比电容)，并且在5000次循环后获得了81.2 %的循环稳定性。

    　　这种材料还能在1.6v下运行的ASC设备在759.6 W / kg的功率密度下提供了34.6 W·h / kg的最大能量密度，这高于之前报道的许多其他ASC设备。

    　　通过将几个电容器组装成串联电路来点亮“CUMT”的1个LED灯泡和灯板，从而探索ASC设备的实际应用。

    　　ASC器件表现出优异的电化学性能，这为FeCo -硒化物成为下一代储能器件中的电极材料提供了支撑依据。

    　　中国矿业大学的团队目前正在探索如何更好地控制高压输出并创建高性能ASC的选项。为了获得最佳的电化学性能和降低成本，该小组还想探索一种基于硒化物复合材料的装置。

16浏览量
原文链接
相关报告

  • 《如何利用先进材料提高下一代EV电池的效率》
    • 来源专题：工程机械与高端装备
    • 编译者：Hazel
    • 发布时间：2025-05-07
    • 随着电动汽车需求激增，对高效可靠电池技术的需求日益迫切。先进材料将成为突破下一代动力电池性能瓶颈的核心钥匙，工程师需通过以下战略布局引领电动出行革命。 电动汽车电池面临的挑战 由于多种因素，电动汽车市场目前在电池设计方面面临巨大压力。一个主要问题是采购原材料，例如锂、钴、镍和石墨。这些物品对于当今EV电池的功能至关重要，但它们的需求正在飙升。研究人员预测，到2050年，需求将增长26倍，其中钴增长6倍，镍增长12倍，石墨增长9倍。由于全球努力实现交通脱碳，从而加剧了资源争夺，供应链紧张导致成本飙升。 另一个挑战是温度对电池性能和使用寿命的影响。高温会加速电动汽车电池内的化学反应速度，导致热失控和锂镀等问题。这些情况会降低电池质量，损坏电池保护层并减少活性锂的数量。 最后，在不影响安全性或使用寿命的情况下实现更高的能量密度仍然是一个持续的挑战。当前的设计通常需要权衡。例如，增加能量密度会降低热稳定性，使电池更容易过热或退化。这种平衡行为使材料选择和电池架构复杂化。因此，电动汽车市场对能够在各个方面提供的创新解决方案有更大的需求。 电动汽车电池中的先进材料 性能、安全性和可持续性方面的最新发展极大地改进了EV电池。一些关键创新包括以下内容： 1.硅基阳极 工程师越来越多地将硅基阳极集成到锂离子电池中，以提高能量密度。与石墨阳极相比，硅具有更高的锂存储容量，可能会增加电池续航里程。然而，循环期间的体积膨胀需要纳米级工程和复合材料等解决方案来保持结构完整性。 2.固态电解质 这些材料作为液体电解质的更安全替代品而受到关注。它们通过消除易燃组件来降低热失控的风险。此外，它们还支持使用锂金属阳极，从而提高能量密度。固态电池还可以在10分钟内充电，并在80次充电循环后保持6,000%的容量。目前的研究重点是提高离子电导率和扩大生产以实现商业可行性。 3.高镍阴极 高镍阴极提高了能量密度，同时减少了对钴的依赖，钴是一种昂贵且存在争议的材料。它们提高了电池续航里程和功率输出。然而，它们对降解和热不稳定性的敏感性带来了一些问题，先进的涂层和掺杂技术可能会解决。 4.硫化物固态材料 硫化物固态材料是下一代固态电池的有前途的组件。它们具有出色的离子电导率和柔韧性，使其适用于大规模应用。它们与高容量阳极兼容，进一步提高了它们彻底改变EV电池设计的潜力。 5.石墨烯与碳纳米管 石墨烯和碳纳米管可以提高电池的导电性和耐用性。这些材料有助于加快充放电循环并提高机械稳定性，尤其是在高能量密度电池中。研究这些材料的可扩展制造工艺对于提高采用率至关重要。 在EV电池中利用先进材料的策略 利用先进材料可能会带来成本、可持续性和可扩展性方面的挑战。以下方法有助于克服问题，同时提高性能和效率： 1.采用纳米技术和2D材料 纳米技术和2D材料使工程师能够实现更高的性能，同时最大限度地减少重量和成本。例如，石墨烯的导电性和机械强度改善了电池内的电子流动。虽然这种2D材料提高了充电速度，但它减少了运行过程中的能量损失。将这种材料加入电池电极，设计人员可以在不牺牲性能的情况下实现更轻、更高效的设计。 2.根据应用需求优化材料选择 设计下一代电动汽车电池需要了解特定的性能需求，例如能量密度、安全性、充电速度或成本效益。然后，工程师选择与这些目标相关的材料，以最大限度地提高电池性能，同时应对挑战。例如，芝加哥大学的研究人员使用碳纳米管复合材料开发了一种锂硫电池，以克服硫在充电循环过程中降解的趋势。结果是原型的能量密度是传统锂离子电池的三倍 。如果工程师想要实现卓越的性能和更长的电池寿命，他们可以考虑这种类型的创新。 3.尝试新的制造技术 3D打印等新的制造方法可以改进电池生产流程并创造尖端设计。3D打印可以更精确地制造电池组件，实现优化材料使用和能量密度的复杂设计。借助3D打印，设计师可以创建具有可定制形状和结构的电极，从而确保更好的离子流和更高的性能。例如，印刷的多孔电极为反应提供了更大的表面积，从而提高了充电速率和整体电池容量。 4.数字孪生与预测建模降低原型开发成本 先进的原型技术为降低研发成本、加速动力电池开发提供了创新路径。工程师可利用数字孪生技术构建电池系统的虚拟镜像，模拟不同工况下的性能表现。这项突破性技术既能实现设计的快速迭代优化，又能减少材料浪费与制造成本。通过实时仿真，研发团队可在早期阶段识别潜在问题，确保更顺畅的产业化过渡。 预测性人工智能（AI）物理模型进一步强化了这一流程：基于机器学习算法分析材料相互作用，预测电池长期演变规律。该系统不仅能定位性能薄弱环节，更能为材料优化提供数据洞见，最终实现效率最大化。 5.使用轻量化材料提升能效 轻量化材料对于提高能效、延长续航和提升整体性能至关重要。以长纤维热塑性塑料（LFTs）为例，其材料密度较金属减轻40%，有效降低电池包重量，从而提升能源效率并扩展车辆续航里程。LFTs特别适用于替代电池外壳和支撑结构中的重金属部件。这类材料不仅能增强设计灵活性，还具备优异的抗冲击性能，完全满足电动汽车严苛的应用要求。此外，改用热塑性材料可显著降低生产和运输成本，助力制造商打造更高能效、更具成本优势的电动车型，以应对市场对高性能车辆日益增长的需求。 电动汽车电池设计的创新突破 采用先进材料是推动下一代电动汽车性能跃升的必由之路。这不仅能够满足电动汽车市场快速增长的需求，更能提供更安全、高效且环保的电池解决方案。随着行业不断发展，工程师需要持续突破技术边界。当下对这些先进技术的投入，将为构建更清洁、更电气化的未来奠定坚实基础。
    120浏览量
    原文链接

  • 《镁基固态储氢材料 能否成下一个储能风口？》
    • 来源专题：能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者：guokm
    • 发布时间：2023-02-18
    • 镁基储氢材料是金属固态储氢材料中储氢密度最高的材料。 面对能源安全、环境保护等压力，氢能有望在能源转型过程中扮演重要角色，氢能作为目前最具潜力的二次清洁能源在我国能源转型中将占据重要地位。而每当聊起氢能源，有一个重要话题总是“如影随形”：储存和运输是氢气大规模应用的前提。 在氢气制、储、运、加、用的产业链环节中，储、运环节是高效利用氢能的关键，也是影响氢能走向产业化的重要环节。高效安全的储能技术是全球新能源开发与应用的重大技术瓶颈。氢能的安全高效储存和运输对国家氢能战略意义重大，特别是对燃料电池汽车、风能光能产业、电力行业、航空航天等领域有重要的直接应用价值。 镁基储氢材料是金属固态储氢材料中储氢密度最高的材料。随着近几年全球镁及镁合金的研究呈现爆发式增长，我国也已经成为全球重要的镁生产国、应用国和研究国，在国际上具有一定的技术优势。 镁基储氢材料将迎来怎样的市场发展空间？我国又如何在这个新领域持续保持领先优势？今天，请随《中国科技信息》一起来聊聊这些问题。 最有发展潜力的固态储氢材料之一 目前主要的氢储运方式分为气态储氢、液态储氢和材料储氢。与气态储氢和液态储氢相比，固态储氢既可以大幅提高体积储氢密度，又可以提高储运氢的安全性，因此，寻找性能优越、安全性高、价格低廉且环保的储氢材料是当前固态储氢研究的关键。 将眼光投向广阔的自然界中，某些金属具有很强的捕捉氢的能力，在一定的温度和较低的压力条件下，这些金属能够大量“吸收”氢气，反应生成金属氢化物，同时放出热量。其后，将这些金属氢化物加热，它们又会分解，将储存在其中的氢释放出来，可实现上万次循环充放氢。这些会“吸放”氢气的金属，即为固态储氢材料。 如此看来，固态储氢具有储氢密度高、成本低、安全稳定和使用周期长等特点，而金属镁在储氢研究领域具有成本低、质量轻、无污染等优点，被认为是最有发展潜力的固态储氢材料之一。专家认为，镁基储氢材料是金属固态储氢材料中储氢密度最高的，一旦大规模应用，将根本上改变传统储能模式中效率低、成本高、安全性差等问题。 成本低、优点多 镁基储氢材料极具应用前景 那么，镁基储氢材料具体有哪些优势？首先，它具有储氢量高、镁资源丰富以及成本低廉等优点，被认为是极具应用前景的一类固态储氢材料。我国在镁资源方面非常有优势，全球大概90%的镁都是生产于中国，镁年产量占全球85%以上，原料来源丰富且成本低，不存在材料被“卡脖子”的问题。因此，镁系储氢合金适合用于氢气的规模储运应用场景，可用于氢冶金、规模储能、加氢站等应用场景的氢气储存与运输。 此外，镁的性能非常好，储氢密度非常高，可以实现长循环寿命。具体来看，镁储氢密度是气态氢的1000倍、液态氢的1.5倍。由于镁及镁金属是常温常压，所以安全性远高于气态和液态储氢。此外，镁储氢还可纯化氢气。据悉，镁固态储氢材料在储氢过程当中可以转化为99.999%的绿氢。镁本身也是绿色制氢材料，如果把镁和水相结合，1克镁相当于2升氢气，它的储氢率可以达到15.2%。 其次，用镁合金来储存氢的技术可以应用到交通领域，如汽车、摩托车等。普通汽车的油箱储油量相当于5公斤至6公斤的氢产生的能量，需要80公斤至90公斤的镁合金容器，这与普通油箱的重量差不多，但体积较小。用氢作为动力并不是通过燃烧氢来获得，而是把氢直接转化为电能，进而为汽车提供动力。汽油燃料的效率在20%-30%，而氢通过能源电池直接转换为电能，效率可达70%-80%。 目前国内外正在开发面向应用场景的Mg基固态储运氢技术，但技术水平仍处于产业化初期阶段，仍需解决材料的规模低成本制备、大容量储氢罐设计、高温余热耦合集成等技术，实现储氢合金的高效安全吸放氢。 镁基储氢可能成为电池领域的颠覆者 目前，储能行业虽然热度高涨，但资源有限、成本高、安全性问题没有根本解决仍是制约行业发展的难题，尤其是锂离子电池资源短缺、安全隐患、污染等问题凸显。同时，数字显示到2050年，可再生能源装机容量可以比2020年增加10倍，需要大量的能源储存，按照目前的储能量远远不够，现有储能技术遇到了严重的瓶颈。 相比而言，镁电池成本低、安全性高、燃料密度与锂电池相当，业内认为镁基储氢可能成为电池领域的颠覆者。例如，作为负极来说，镁电池是现在商用锂电池负极的6倍。在市场上可以看到，目前已经有不少企业入局镁基固态储氢材料领域，相继取得进展。镁基固态储运氢技术的发展，将为未来中国能源体系变革、交通运输方式低碳化转变奠定基础。 根据中国氢能联盟预计，到2025年我国氢能产业产值将达到1万亿元；到2050年氢能在我国终端能源体系中占比超过10%，产业链年产值达到12万亿元，这将对镁基储氢材料提出了大量市场需求。专家表示，镁领域技术一旦成熟，将带领镁产业由目前的百亿级市场直接升级为万亿级市场。
    370浏览量
    原文链接