《电化学储能应用及产业化》专辑序言 ——支撑未来新兴产业发展的电化学储能技术

能源问题和环境问题是人类今后长期面临的重要课题,如何解决能源短缺和环境污染问题是人类社会的重大需求. 风能、光能、生物能等绿色新能源的有效利用和以电动汽车为代表的新能源汽车以及智能电网被视为现代社会今后发展过程中节能减排的重要途径. 全球三大新兴产业（新能源、智能电网、电动汽车）的发展瓶颈都指向了储能技术. 但在众多的储能技术中,根据需要将电能可逆地进行存储和释放的电化学储能技术既能解决可再生能源利用过程中的随机性和间歇性问题,同时也可以实现电能的时空转移（可移动性）,是其中最有潜力、最核心的技术之一. 目前,以智能电网、电动汽车应用为导向的电化学储能技术开发如火如荼.     

纳米改性动力型锌镍电池的产业化技术

近年来电动汽车、电动自行车等交通工具快速发展,便携式仪器仪表、各种动力工具也在不断增长,这些产品的快速发展直接导致了一个庞大而迅猛发展的动力型电池市场,2004年全球销售各类小型动力型二次电池已达到70亿美元.     

电动汽车与动力电池

通过回顾电动汽车一百多年的发展历史,讨论了化学电源技术对电动汽车发展的影响。在简要介绍电动汽车种类和电动汽车对动力电池的技术要求之后,围绕动力锂离子电池应用的主要问题进行了讨论,包括电池安全性、环境适应性和成本。最后,简单分析了未来动力电池技术的发展之路。     

基于有机电解液的锂空气电池研究进展

随着化石燃料的逐渐消耗和城市环境污染的日益严重,纯电动和混合动力汽车的开发使用越来越受到人们的重视. 受到锂离子电池能量密度的限制,目前电动汽车的连续行驶距离仍远低于内燃机动力汽车. 作为新一代电动车供能设备,基于有机电解液的锂空气电池由于结构相对简单,理论能量密度极高,成本低廉,已成为学术界的研究热点. 本文从反应机理、电解液、空气电极以及金属锂负极等四个方面入手,详细介绍了近年来锂空气电池的重要研究进展以及在基础研究方面存在的科学问题,指出了该体系面临的挑战和今后的重要研究方向.     

高安全性阻燃动力锂离子电池隔膜

逐年加剧的能源短缺以及日益严重的环境污染问题使得发展电动汽车日益迫切.电动汽车安全问题对动力锂离子电池在大功率输出和高安全性能等方面提出了更高的要求.隔膜电解质体系是制约动力锂离子电池快速发展的重要瓶颈之一,因此,开发高性能的隔膜对提高动力锂离子电池的综合性能至关重要.本文综述了近年来隔膜材料的种类、制备工艺、性能以及本课题组在高安全性阻燃动力锂离子电池隔膜方面的研究进展,并对未来电池隔膜的发展方向进行了预期和展望.     

基于有机和组合电解液的锂空气电池研究进展

发展纯电动汽车与混合动力汽车是解决能源危机与环境问题的有效途径,这对新能源材料及储能设备提出了更高的要求. 其中以金属锂作为负极、以空气中的氧气作为正极活性物质组成的锂-空气二次电池具有很高的理论比能量,因在纯电动汽车、混合动力汽车方面有很好的应用前景而受到人们的广泛关注. 根据工作环境及介质条件,目前研究最多的锂-空气电池主要包括有机电解液、有机-水组合电解液及全固态电解质三种类型. 由于锂-空气电池的发展历史较短,目前仍处于起步阶段,在电池的正极、负极、电解液（质）及综合性能等方面均存在诸多的困难与挑战. 本文从作者课题组对有机电解液及组合电解液型锂-空气电池方面的研究出发,旨在向读者简单介绍锂-空气电池的发展历史,研究现状及未来努力的方向.     

纳米改性动力型锌镍电池的产业化技术

近年来电动汽车、电动自行车等交通工具快速发展，便携式仪器仪表、各种动力工具也在不断增长，这些产品的快速发展直接导致了一个庞大而迅猛发展的动力型电池市场，2004年全球销售各类小型动力型二次电池已达到70亿美元。     

电化学储能研究22年回顾

本文回顾了22年来作者的电化学储能研究活动,共分三个部分. 第一部分叙述高比能量、高比功率储能器件研究,包括锂硫电池研究（硫复合正极材料、锂硫电池制作、锂硼合金作为锂硫电池负极、硫-锂离子电池新体系）、超级电容器研究（超级活性炭、以酚醛树脂为原料制备电容炭、碳纳米管阵列中寄生准电容储能材料、氧化镍干凝胶准电容储能材料、归纳出电容炭材料的性能要求、电容器研制、确定“第四类”超级电容器）、锂离子电池研究（锂离子电池与可再生燃料电池的对决、双变价元素正极材料、磷酸钴锂正极材料、高功率锂离子电池的制作）. 第二部分叙述规模储能电池研究,包括液流电池新体系研究（蓄电与电化学合成的双功能液流电池、全金属化合物单液流电池、有机化合物正极的单液流电池）、致力于振兴铅酸电池（推广铅蓄电池新技术、铅炭电池的研究、铅酸电池新型板栅的研究）,储能电池（站）的经济效益计算方法. 第三部分叙述电动汽车发展路线研究,包括氢能燃料电池电动汽车、纯电动汽车与混合动力汽车、对我国电动汽车发展路线的建议、力争电动汽车补贴的合理化、坚守电动汽车“节能减排”宗旨、提出“发电直驱电动车”. 最后的结束语谈了三点感悟.     

浅析动力电池的技术发展

从普及纯电动汽车的远期目标出发,基于动力电池的技术现状,本文提出了动力电池的近、中和远期的合理开发目标.通过分析可能满足各阶段目标的电池体系,提出了动力电池的技术发展路线,着重分析了提升正极或负极容量对于电池能量密度的贡献,并针对锂离子电池、锂-硫和锂-空气电池的材料与技术发展提出了可能的思路.最后,简要分析了动力锂离子电池的安全性问题及其可能的解决方案.     

锂离子电池硅基负极材料的预锂化研究进展

锂离子二次电池已成为日常生活中不可或缺的一部分, 而现有的锂离子电池并不能完全满足电动汽车领域高能量密度的要求, 发展具有高能量密度的电极材料是解决问题的关键. 硅负极因理论比容量高、 脱嵌锂电位低、 来源广泛等优点而备受关注, 但其巨大的体积变化(约300%)以及低的首次库仑效率阻碍了其商业应用. 预锂化技术可以有效提高首次库仑效率、 实现高性能硅基负极, 本文阐述了预锂化的科学必要性, 介绍了各种预锂化的方法以及优缺点, 最后对硅基负极预锂化应用的挑战和前景进行了展望.     

对工业电池交流内阻测量的讨论(英文)

能源和环境的可持续发展是本世纪最重要的问题之一.二次电池是具有重要意义的高效储能器件,在电动汽车及混合动力汽车等实际应用中,经常会用到电池组,此时需要考虑电池组中每一个单体电池性能的一致性.内阻作为用于表征电池一致性的性能参数之一,对电池的工业制造和使用非常重要.目前,锂离子电池等二次电池的内阻测试都是按照国际电工委员会第61960号标准(2003)来进行的.本文从该标准的理论基础和其在内阻测试仪中的实际应用等方面出发,分析并指出了该测试标准中的问题,希望能为电池行业新标准的建立提供一定的指导,并有助于可持续能源设备及电动汽车用动力电池的开发.     

电解液组分对锌镍电池负极自放电的影响

随着石油资源的日益紧张及燃油汽车对环境污染的日趋严重,用电池作动力的电动汽车受到各国政府的高度重视.锌镍电池以其优异11的电气性能、原材料丰富、成本低等特点,是未来电动车车辆主要的候选电池[1].但锌负极充放电循环过程中存在枝晶、形变、钝化、自放电(腐蚀析氢)等问题,解决前两者的关键是抑制放电产物锌酸盐在电解液中的溶解.     

天然高分子静电纺丝水处理膜的研究进展

膜分离技术具有高效、节能、选择性好、操作简单等优点,是目前非常流行的水处理技术,有着巨大的应用前景.静电纺丝纳米纤维膜以其高孔隙率、孔径均匀、比表面积大、易于制备等独特性能已成为膜分离技术的重要发展方向.本文综述了一维纳米结构、核壳和中空结构以及多级结构静电纺丝纳米纤维材料的制备原理、结构和性能,着重介绍了以天然高分子...     

低温相变贮能材料定形技术研究进展

低温相变贮能材料广泛应用于节能和温控领域,其合成、复配及定形技术不断发展,已成为材料研究领域的热点之一。本文综述了低温相变材料的定形方法和技术,介绍了多孔基质吸附法、聚合物基复合法、微胶囊技术以及其它定形技术的国内外研究进展,重点介绍了原位聚合、界面聚合、凝聚法3种微胶囊技术。分析了各种制备方法的优缺点,并指出了制备低...     

电催化木质素升级转化成高附加值化学品和燃料的研究进展

为节能减排和能源结构调整以快速实现"碳中和",发展可再生、清洁与绿色的能源以替代传统化石能源已成为当今世界高质量发展的重要共识.生物质能作为一种典型的可再生能源,具有储量丰富、分布广泛、可有效转化成各种化工原料和燃料等特点逐步受到广泛关注并成为科研热点.木质素是生物质的重要组成部分,其含氧量低、热值高,可转化成高热值燃料;同时,木质素富含芳香结构单元,可以转化成各类高附加值化工原料及医药中间体.木质素解聚及其对应单体升级转化是木质素高效转化利用的关键技术.当前,传统热催化是其主要应用技术手段.然而,该类方法常在高温高压下进行,需消耗大量能源及众多繁琐操作步骤,不易规模化生产.相对而言,电催化技术能实现常温常压的木质素解聚及对应单体的升级转化,采用由可再生能源(例如风能、太阳能等)获得的清洁电力,则能实现完全绿色可持续生产,对未来经济社会的发展及"碳中和"的目标具有重大意义.本文综述了近年来电催化技术在木质素升级转化成高附加值燃料和化学品方面的应用,尤其是在木质素解聚及其对应单体于水溶液相关电解质中升级转化方面的应用.(1)针对总体研究背景进行了概述,总结了木质素研究的重要意义并概括了当前木质素研究的主要思路,并简单介绍了木质素结构单元及连接键等基本性质;(2)针对电催化技术在木质素应用方面进行了总结,包括反应类型和反应路径等;(3)总结了木质素常用的几种典型表征技术手段,如GC-MS、NMR、IR等;(4)总结了电催化木质素解聚及其单体升级转化研究现状,对电催化木质素解聚应用中木质素前体类型、电解质种类和电还原/氧化催化剂进行了详细介绍及客观评价,并对几种代表性单体的电催化加氢反应及氧化反应做了详细评述.在此基础上展望了电催化技术在木质素升级转化中的应用前景,指出了当前电催化技术在木质素升级转化应用中存在的实际问题,提出了电催化技术在木质素升级转化中的发展方向.     

有机磷酸酯阻燃电解液的研究进展

随着锂离子电池的市场拓展,安全性问题已成为电动汽车、大规模储能等应用领域关注的首要问题. 目前商品化的锂离子电池普遍采用低沸点碳酸酯类电解液,其易燃性成为电池不安全性的主要隐患. 为了提高锂离子电池的本征安全性,阻燃或不燃性电解液成为近年来研究的热点,其中以磷酸酯为溶剂的阻燃型或不燃型电解液受到广泛关注. 本文主要介绍磷酸酯阻燃和不燃电解液的研究状况,分析了这类电解液与锂离子电池正负极的兼容性问题,讨论了改善磷酸酯电解液电化学兼容性的途径,提出了发展高效、安全、稳定的不燃电解液的一些思路.     

脉冲充电提高锂金属电池稳定性的关键分子机理

正锂离子电池目前已广泛应用于可便携电子设备、无人机和电动汽车等领域~1,但其石墨负极较低的能量密度制约了锂离子电池的进一步发展~2。开发高能量密度的负极材料开发是解决当前锂离子电池能量密度低的关键。在所有的负极材料中,金属锂由于其高能量密度和低还原电势,展现出良好的应用前景~3。然而锂金属负极在充放电过程中由于锂枝晶生长造成的循环稳定性差和安全性     

锂离子电池正极材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2研究进展

富锂锰基正极材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂因具有超过250 mA·h·g^-1的可逆比容量和高工作电压(>3.5 V. Li/Li⁺)以及经济成本低的特点，在便携式电子设备中发挥着重要的作用，也被认为是下一代混合动力汽车(HEV)和电动汽车(EV)的理想动力源，是一种有前途的正极材料。由于富锂锰基正极材料存在低倍率容量、电压衰减严重、初始容量损失大的问题，因此提高电池的容量和寿命是目前研究的重点。为此综述了锂离子电池富锂锰基正极材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂的储锂机理、制备方法以及改性研究。     

中国战略性新兴产业将进入高速增长期

作为“十二五”规划的重要内容,战略性新兴产业规划涵盖了新能源汽车、节能环保、新一代信息技术、生物、高端装备制造、新能源、新材料7大产业,将为中国下一轮经济增长提供了新的发展动力。而在产业政策扶持下,中国战略性新兴产业也必将进入高速增长期。中国新能源车更将面临黄金发展期。     

新溶剂法纤维素纤维的技术进展

传统的粘胶纤维存在源头污染问题,有必要开发符合环保和资源可再生要求的新溶剂法纤维素纤维生产技术,以作为未来纤维材料的大宗品种.在已开发的众多纤维素溶剂体系中,NMMO(N-甲基吗啉-N-氧化物)溶剂体系已形成了规模化生产;纤维素氨基甲酸酯、氢氧化钠或氢氧化锂/硫脲或锌酸钠或(和)尿素水溶液、离子液体溶剂体系的开发也取得了较大进展.以NMMO为代表的有机溶剂法纤维素纤维产业化工程技术中,连续真空薄膜推进溶解技术具有对比优势;纺丝技术均为干喷湿纺;溶剂回收技术的发展方向是提浓过程的高效蒸发并结合其它节能技术;原纤化控制技术在规模化生产中采用干燥前在线交联.