《新材料铌酸镍:锂离子电池充电速度提升10倍》

  • 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:2021-11-23
  • 荷兰特温特大学的研究人员发现,通过使用铌酸镍作为锂离子电池的阳极,充电速度可以提高十倍。

    通常来说,有两种材料可以作为阳极材料。首先,最常见的是石墨阳极,它的能量密度极高,可以为汽车供电数百英里而无需充电。然而,这种电池在充电时会有锂金属电镀的过程,从而容易导致火灾和爆炸。

    另一种是钛酸锂阳极,可以快速充电,但缺点是随着时间推移其能量密度会显著下降,这意味着需要更频繁地对电池进行充电。

    荷兰特温特大学的研究人员在发表在《Advanced Energy Materials》杂志上的一篇论文中表示,铌酸镍这种新材料能够提高充电速度,同时降低损坏阳极材料、导致电池损坏或缩短其使用寿命的风险。

    铌酸镍(NiNb2O6)是一种新材料,在研究人员看来,它具有非常有吸引力的特性,例如经过多次超快充电循环后可以恢复到原来的水平。这主要与其“开放和规则的晶体结构”有关,导致电荷传输信道相同。这意味着它的性能优于标准阳极材料石墨。

    此外,尽管制造这种类型的纳米材料很复杂,但铌酸镍的情况并非如此,因为它不需要无尘室这样的基础设施。而且,铌酸镍比石墨更致密、体积能量密度更高,更有机会打造出更轻、更简单的商业电池。

    研究人员通过测试发现,该版本非常适合将其引入能源网、需要快速充电和放电的电动机器或电动重型运输工具。但是,如果用于电动汽车,还需要进一步改进。

  • 原文来源:http://www.cnenergynews.cn/zhiku/2021/11/22/detail_20211122111479.html
相关报告
  • 《中国学者新研究:新材料让锂离子电池9分钟充电80%》

    • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者:husisi
    • 发布时间:2020-10-21
    • 10月14日获悉,中国科学技术大学季恒星教授研究组与美国加州大学洛杉矶分校、中国科学院化学研究所等机构合作,在新型锂离子电池电极材料研究方面取得重大突破:全新设计的黑磷复合材料使锂离子电池兼具高容量、快速充电且长寿命成为可能。这项成果发表在《科学》杂志上。 如今电动汽车愈发受到市场青睐,但漫长的充电时间也让人望而却步。传统燃油汽车仅需5分钟即可满油增程500公里,而目前市售最先进的电动汽车则需要“坐等”充电一小时才能达到同样的增程效果。发展具有快速充电能力的大容量锂离子电池一直是电动汽车行业的重要目标。中国科学技术大学的这项最新研究突破使人类距离该目标更近了一步。 论文第一作者金洪昌博士介绍:“在锂离子电池中,能量通过锂离子与电极材料的化学反应进出电池,因此电极材料对锂离子的传导能力是决定充电速度的关键;另一方面,单位质量或体积的电极材料容纳锂离子的多少也是一个重要因素。” 黑磷是白磷的同素异形体,特殊的层状结构赋予了它很强的离子传导能力和高理论容量,是极具潜力的满足快充要求的电极材料。然而黑磷容易从层状结构的边缘开始发生结构破坏,实测性能远低于理论预期。 为此,季恒星团队采用“界面工程”策略将黑磷和石墨通过磷碳共价键连接在一起,在稳定材料结构的同时提升了黑磷石墨复合材料内部对锂离子的传导能力。针对电极材料在工作过程中会被电解液逐渐分解的化学物质所包裹,部分物质会阻碍锂离子进入电极材料,就像玻璃表面的灰尘阻碍光线穿透一样。研究团队用轻薄的聚合物凝胶做成防尘外衣“穿”在黑磷石墨复合材料表面,使锂离子得以顺利进入。 “我们采用常规的工艺路线和技术参数将黑磷复合材料做成电极片。实验室的测量结果表明,电极片充电9分钟即可恢复约80%的电量,2000次循环后仍可保持90%的容量。”论文共同第一作者、中国科学院化学研究所研究员辛森介绍说,“如果能够实现这款材料的大规模生产,找到匹配的正极材料及其他辅助材料,并针对电芯结构、热管理和析锂防护等进行优化设计,将有望获得能量密度达350瓦时/千克并具备快充能力的锂离子电池。” 这样的锂离子电池能够使电动汽车的行驶里程接近1000公里,而特斯拉Model S满电后的行驶里程为650公里。快速充电能力将使电动汽车的用户体验上升一个台阶。
  • 《新型聚合物电池诞生 充电速度比锂离子电池快10倍》

    • 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:2021-04-12
    • 很难想象我们的日常生活中没有锂离子电池。它们主导了便携式电子设备的小规格电池市场,也普遍用于电动汽车。与此同时,锂离子电池也存在一些严重的问题,包括:在低温下存在潜在的火灾隐患和性能下降;以及废旧电池处理对环境的影响相当大。 据俄罗斯一研究团队的领头人、圣彼得堡大学电化学系教授奥列格·列文介绍,化学家们一直在探索将氧化还原活性的含硝基基聚合物作为电化学储能材料。这些聚合物的特点是能量密度高,由于快速氧化还原的动力学,这种聚合物电池充电和放电速度快。但具体实施到产品中时,面临的一个挑战是电导率不足,这阻碍了电荷的收集,即使使用高导电性的添加剂,如碳也难以解决问题。 圣彼得堡大学的研究人员为了寻找解决这个问题的方法,合成了一种基于镍硒复合物(NiSalen)的聚合物。这种金属聚合物的分子就像一根分子线,将能量密集的硝酰垂体连接在上面。该材料的分子结构使其能够在较宽的温度范围内实现高电容性能。 '我们在2016年提出了这种材料的概念。当时,我们开始开发一个基础项目 "基于有机金属聚合物的锂离子电池电极材料"。该项目得到了俄罗斯科学基金会的资助。在研究这一类化合物的电荷传输机制时,我们发现有两个关键的发展方向。首先,这类化合物可以作为保护层,覆盖在电池的主导体电缆上,否则就会用传统的锂离子电池材料制成。其次,它们可以作为电化学储能材料的活性成分,"Oleg Levin解释说。 这种聚合物的研发花了三年多的时间。在第一年,科学家们对新材料的概念进行了测试:他们将各个成分结合起来,以模拟导电的主干和具有氧化还原活性的含硝基氧基的垂体。必须确保该结构的所有部分都能相互配合与加强。下一阶段是化合物的化学合成。这是项目中最具挑战性的部分。这是因为有些成分极为敏感,即使是科学家最轻微的错误也可能导致样品的降解。 在获得的几种聚合物试样中,只有一种试样是足够稳定和高效的。新化合物的主链是由镍与Salen配体的复合物形成的(Salen这个名字是由水杨醛(salicylaldehyde)和乙二胺(ethylenediamine,en)组合而成)。一种能够快速氧化和还原(充放电)的稳定自由基通过共价键与主链相连。 '使用我们的聚合物制造的电池可以在几秒钟内完成充电--比传统的锂离子电池快10倍左右。这一点已经通过一系列实验得到了证明。但是,现阶段,它的容量仍然落后--比锂离子电池低30-40%。Oleg Levin说:"我们目前正在努力改善这一指标,同时保持充放电速率。 新电池的阴极已经制造完成,用于化学电流源的正极。现在我们需要负极,事实上,它不需要从头开始制作,可以从现有的电极中选择。它们搭配在一起将形成一个系统,在某些领域,可能很快就会取代锂离子电池。 '新电池能够在低温下工作,在快速充电需求高的地方,它将是一个很好的选择。它使用起来很安全,没有任何可能构成燃烧危险的物质,不像现在普遍使用的钴基电池。它所含的可能对环境造成危害的金属也大大减少。Oleg Levin说:"我们的聚合物中含有少量的镍,但比锂离子电池中的镍含量少得多。