鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:755次 | 2021年12月16日
研究人員開(kāi)發(fā)用于超快電池的聚合物陰極 有望替代鋰電池
鋰離子電池的需求量激增但是鋰儲(chǔ)量有限,因此科學(xué)家們正在尋找鋰技術(shù)的替代品。來(lái)自Skoltech,D。Mendeleev大學(xué)的俄羅斯研究人員以及RAS化學(xué)物理問(wèn)題研究所已經(jīng)合成并測(cè)試了用于鋰雙離子電池的新型聚合物基正極材料。測(cè)試表明,新陰極可承受25,000個(gè)工作周期,并在幾秒鐘內(nèi)充電,因此性能優(yōu)于鋰離子電池,陰極也可用于生產(chǎn)較便宜的鉀雙離子電池。
這項(xiàng)研究發(fā)表在《能源技術(shù)》雜志上(“基于雙氫吩嗪的共聚物作為有希望的雙離子電池正極材料”)。
全世界的用電量每年都在增長(zhǎng),對(duì)能量存儲(chǔ)解決方案的需求也在增長(zhǎng),因?yàn)樵S多設(shè)備通常以自主模式運(yùn)行。鋰離子電池可以產(chǎn)生巨大的功率,同時(shí)表現(xiàn)出相當(dāng)高的放電和充電率以及每單位質(zhì)量的存儲(chǔ)容量,使其成為電子,電力運(yùn)輸和全球電網(wǎng)中流行的存儲(chǔ)設(shè)備。例如,澳大利亞正在啟動(dòng)一系列大型鋰離子電池存儲(chǔ)項(xiàng)目,以管理多余的太陽(yáng)能和風(fēng)能。
如果鋰離子電池的產(chǎn)量繼續(xù)增長(zhǎng),世界鋰儲(chǔ)量可能遲早會(huì)用完。隨著剛果生產(chǎn)60%的鋰離子電池正極鈷,鈷價(jià)格可能會(huì)飆升。鋰也是如此,因?yàn)殇囬_(kāi)采的用水量對(duì)環(huán)境構(gòu)成了巨大挑戰(zhàn)。因此,研究人員正在尋找新的儲(chǔ)能設(shè)備,該設(shè)備依賴于更多易用的材料,同時(shí)使用與鋰離子電池相同的工作原理。
該團(tuán)隊(duì)使用了一種有前途的后鋰雙離子技術(shù),該技術(shù)基于涉及電解質(zhì)陰離子和陽(yáng)離子的電化學(xué)過(guò)程,從而實(shí)現(xiàn)了鋰離子電池充電速率的全面提高。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是,陰極原型是由多種有機(jī)化合物合成的聚合芳香胺制成的。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
“我們以前的研究針對(duì)的是可在幾秒鐘內(nèi)完成充電和放電的超快速大容量電池的聚合物陰極,但我們需要更多,”Skoltech博士FilippA.Obrezkov說(shuō)。學(xué)生和論文的第一作者。“我們使用了多種選擇,包括線性聚合物,其中每個(gè)單體單元僅與兩個(gè)相鄰單元鍵合。在這項(xiàng)研究中,我們繼續(xù)研究新的支化聚合物,其中每個(gè)單元與至少三個(gè)其他單元鍵合。它們一起形成大的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),從而確保電極過(guò)程的動(dòng)力學(xué)更快。用這些材料制成的電極顯示出更高的充電和放電速率。”
標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池充滿了含鋰的電解質(zhì),并通過(guò)隔板分為陽(yáng)極和陰極。在充電電池中,大多數(shù)鋰原子都結(jié)合在陽(yáng)極的晶體結(jié)構(gòu)中。隨著電池放電,鋰原子通過(guò)隔板從陽(yáng)極移動(dòng)到陰極。俄羅斯團(tuán)隊(duì)研究了雙離子電池,其中的電化學(xué)過(guò)程涉及電解質(zhì)的陽(yáng)離子(即鋰陽(yáng)離子)和分別進(jìn)入和脫離陽(yáng)極和陰極材料結(jié)構(gòu)的陰離子。
另一個(gè)新穎的特征是,在一些實(shí)驗(yàn)中,科學(xué)家們使用鉀電解質(zhì)而不是昂貴的鋰電解質(zhì)來(lái)獲得鉀雙離子電池。
該小組合成了二氫吩嗪與二苯胺(PDPAPZ)和吩噻嗪(PPTZPZ)的兩種新型共聚物,它們用于生產(chǎn)陰極。作為陽(yáng)極,他們使用了金屬鋰和鉀。由于陰極驅(qū)動(dòng)了這些稱為半電池的電池原型的關(guān)鍵特征,因此科學(xué)家們將它們組裝起來(lái),以快速評(píng)估新型陰極材料的性能。
盡管PPTZPZ半電池表現(xiàn)出平均性能,但PDPAPZ卻效率更高:帶有PDPAPZ的鋰半電池充電和放電相當(dāng)快,同時(shí)表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性,即使在25,000個(gè)工作循環(huán)后仍能保持其容量的三分之一。如果普通電話電池保持穩(wěn)定,則可以每天充電和放電70年。PDPAPZ鉀半電池表現(xiàn)出398Wh/kg的高能量密度。為了比較,普通鋰電池的值為200-250Wh/kg,包括陽(yáng)極和電解質(zhì)的重量。因此,俄羅斯團(tuán)隊(duì)證明了聚合物陰極材料可以制造出高效的鋰和鉀雙離子電池。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備