钠基固体电解质及其在能源上的应用

由于以钠基固体电解质为核心的新型钠电池体系具有低成本和高安全性,在能源领域应用潜力巨大。高离子电导率和稳定性是钠基固体电解质应用于新型钠电池体系的前提。近年来,人们通过对制备方法改进和掺杂改性等方面的研究显著提高了钠基固体电解质的离子电导率和稳定性。此外,新型钠电池体系亟需解决固体电解质与电极间的界面接触性差和界面稳定性差等问题。本文首先总结了β″-Al₂O₃、NASICON型、硫化物类和聚合物类钠基固体电解质的研究进展,然后介绍了钠基固体电解质在以钠-硫电池,有机/水混合系钠-空气电池和全固态钠离子电池为代表的新型钠电池体系中的应用情况,并对界面问题和采取的解决策略进行系统论述。基于固体电解质的新型钠电池体系在能源上的大规模应用还需要电池材料、界面和电池设计等多方面的研究同时突破。     

《能源电化学》

陆天虹等编著"十二五"国家重点图书。本书是《电化学丛书》分册之一。书中全面系统地阐述了各种常用和新型化学电源,包括一次电池、二次电池、燃料电池和金属-空气电池等,结合作者们在该领域研究的心得与成果,重点介绍这些化学电源的工作原理、发展概况、最新研究成果、应用前景和存在问题等。     

常见动力电池技术参数与运行经济效益的探讨*

就目前普遍应用的铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池和燃料动力电池的技术参数与电池反应原理,并针对电池安全性、快速充电、耗电成本和行驶里程计算方法等问题进行了讨论,为当下在新能源交通工具核心动力部件的教学提供情境素材。     

二次电池研究进展

能源的存储和利用是当今科学和技术发展中的重大课题之一,尤其是作为高效的电能/化学能转化装置的二次电池相关技术一直是科学家研究的热点领域。在此背景下,本文较为系统地介绍目前二次电池的重要研究进展,将从二次电池的发展历史引入,再到其相关的基础理论知识的介绍。随后较为详细地讨论当前不同体系的二次电池及相关应的关键材料的研究进展,涉及到锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池、镁离子电池、锌离子电池、钙离子电池、铝离子电池、氟离子电池、氯离子电池、双离子电池、锂-硫(硒)电池、钠-硫(硒)电池、钾-硫(硒)电池、多价金属-硫基电池、锂-氧电池、钠-氧电池、钾-氧电池、多价金属-氧气电池、锂-溴(碘)电池、水系金属离子电池、光辅助电池、柔性电池、有机电池、金属-二氧化碳电池等。此外,也介绍了电池研究中常见的电极反应过程表征技术,包括冷冻电镜、透射电镜、同步辐射、原位谱学表征、磁性表征等。本文将有助于研究人员对二次电池进行全面系统的了解与把握,并为之后二次电池的研究提供很好的指导作用。     

锂空气电池研究述评

由于锂空气电池具有很高的理论能量密度因而引起了广泛关注和研究。本文较为全面地论述了各种电解质体系中的锂空气电池的进展,包括:有机体系、水体系、离子液体体系、有机-水双电解质体系和全固态体系的锂空气电池;详细阐述和归纳了它们的工作原理和最新研究现状。对最新提出的锂-空气-超级电容电池的原理和特点进行了较详细的论述。结合氧气在有机电解质中的电化学还原行为指出单一有机电解质锂空气电池存在的问题以及可能的解决办法;同时展示了这类电池中空气电极催化剂的发展现状。结合双电解质锂空气电池、固态电解质锂空气电池、锂-空气-超级电容电池的结构阐述了它们各自的优缺点。本文还展示了一些可望用于单一有机电解质锂空电池、有机-水双电解质体系锂空电池的新型碳材料。最后对锂空气电池的研究发展进行了总结与展望,提出新型电解液、催化剂以及改进锂空气电池构造将会成为今后的发展趋势。     

海水超级电容溶解氧电池

以氧化处理的碳纤维刷（Carbon fibre brush,CFB）作阴极材料,提出海水超级电容溶解氧电池（Seawater battery with electrochemical capacitance, SWB-EC）概念,并制造了3台联用实海测试样机. 分别由循环伏安和稳态恒流放电方法研究了氧化处理前后的CFB和镁合金牺牲阳极的放电性能. 结果表明：氧化处理的CFB具有准电容特性,在动态海水中其氧阴极还原反应（Oxygen reduction reaction, ORR）活性比未处理的CFB有大幅度提高;镁合金牺牲阳极的开路电位为-1.74 V,工作电位高,溶解较均匀. 用以上阴、阳极材料制成3台联用样机作连续实海放电测试,经运行2个月,相关实验数据分析表明：与商品化海水电池SWB1200初步相比,该海水超级电容溶解氧电池具有更高的体积比功率密度.     

静电纺丝技术在锂-空气电池上的应用

近年来,锂-空气电池由于具有极高的理论容量和对环境友好等优势,作为“终极电池”引起了广大科研工作者和电动汽车公司的极大兴趣和广泛关注. 但目前锂-空气电池还存在着充放电过电位大、循环性能差等局限性,寻找高效的锂-空气电池催化剂成为该领域发展的研究热点之一. 锂-空气电池阴极催化剂主要有贵金属、非贵金属、碳材料以及金属氧化物等,可通过多种方法合成制备,如水热(溶剂热)法、溶胶-凝胶法、共沉淀法、静电纺丝法等等. 其中,静电纺丝技术由于具有制备方法简易、高效且产量高等优点,近年来得到了长足的发展,可以用来大量制备锂-空气电池阴极催化剂,甚至制备自支撑结构的锂-空气电池阴极催化剂材料. 本文综述了静电纺丝技术在锂-空气电池上的应用,主要包括利用静电纺丝技术制备非贵金属催化剂、碳材料催化剂、金属氧化物催化剂和复合催化剂等,以及将制备的催化剂组装成锂-空气电池后表现出的优异的电池性能.     

液流储能电池技术研究进展

液流储能电池技术是一种高效、大规模电化学储能技术,在风能、太阳能等可再生能源发电、智能电网建设等方面有着广阔的应用前景。本文重点对全钒、多硫化钠-溴和锌-溴液流储能电池的工作原理、特点、国内外研究现状及发展趋势进行了综述,并对其他探索性液流储能电池体系进行了介绍。提出了制约液流储能电池技术发展瓶颈问题,展望了液流储能电池未来发展趋势。     

镍铁电池的工业应用及最新研究进展

镍铁电池具有安全环保、成本低廉和使用寿命长等优点,广泛应用于电网储能、备用电源等领域。 此外,镍铁电池在电动汽车领域也表现出了良好的应用前景,受到许多国家的关注。 本文介绍了镍铁电池的原理和结构设计。 结合目前国内外镍铁电池的研发情况,概述了镍铁电池的综合性能和应用概况,重点围绕铁负极的问题,阐述了镍铁电池的研究现状与发展方向。     

锂离子电池正极材料的第一性原理

锂离子电池的发展主要依赖于电极材料的突破,解决现有电极材料存在的问题和预测新型未知材料是提高锂离子电池性能的关键,而第一性原理计算的出现能够较好地满足这一需求.本文介绍了第一性原理计算在锂离子电池正极材料研究方面的原理和应用,对该原理在正极材料的平均嵌锂电压计算、嵌/脱锂机理、结构稳定性研究及新材料预测等方面的应用进行了详细论述,并指出了这一理论计算工具在电池材料设计过程中的重要性和局限性.     

缺陷工程在金属基电池中的研究进展（英文）

清洁能源在开发和利用过程中存在间歇性和不稳定性,开发高性能、高效率、环保清洁的新型储能器件可保障稳定的能源输出,实现能源转型.其中,金属基电池(如金属-空气电池,金属-硫电池等)具有低成本,高能量密度的优势,具有较高的应用价值.电池电极材料(催化剂)的合理设计影响着其储能效率,对可再生能源技术的发展具有重要作用.近年来,随着研究人员对电催化反应机理的深入理解,缺陷工程被普遍认为是增加催化活性位点数量,提升电池性能的有效策略.其原因在于缺陷可以提供大量不饱和位点,从而为电化学过程提供更多活性中心,增强电极催化效率,实现电化学动力学的提升.此外,缺陷工程实现了电池电极材料局部原子结构以及配位环境的可控调节,进一步调整电极材料的电子和结构特性,可显著提升电池的电化学动力学.本文系统总结了缺陷工程促进电催化性能的可行性策略和金属基电池电催化剂缺陷工程的最新进展.首先介绍了金属-空气电池和金属-硫电池的反应机理,明确金属基电池的反应机理和反应过程对于开发性能优异、环境适应性强催化剂至关重要.其次,归纳和总结了缺陷的种类(本征缺陷、阴离子空位、阳离子空位、晶格畸变和杂原子掺杂)及其引入的常用方法(...     

电化学分析在新能源电池研究中的应用概述

电分析化学的应用领域已越来越广泛。对于新能源电池而言,电化学分析是一种常用的表征电化学性能和解析机理的有效方法,是研究材料-器件构效关系的重要手段。本文对常见电化学分析技术的原理、优缺点以及在新能源电池研究中的应用进行简要介绍和讨论,包括计时电势分析法、库仑分析法、电导分析法、伏安分析法和其它电化学分析方法,为发展电化学分析技术在新能源电池中的应用提供参考。     

锂离子电池正极材料的第一性原理研究进展

锂离子电池的发展主要依赖于电极材料的突破,解决现有电极材料存在的问题和预测新型未知材料是提高锂离子电池性能的关键,而第一性原理计算的出现能够较好的满足这一需求。本文介绍了第一性原理计算在锂离子电池正极材料研究方面的原理和应用,并对该原理在正极材料的平均嵌锂电压计算,嵌/脱锂机理、结构稳定性研究及新材料预测等方面的应用进行了详细论述,并指出了这一理论计算工具在电池材料设计过程中的重要性和局限性。     

二次金属离子电池的研究现状*

二次电池是应用范围广泛,发展前景广阔的电化学储能器件。综述了二次金属离子电池体系的基本工作原理和研究现状,对二次金属离子电池储能技术的发展做出了展望。     

无机水系液流电池研究

液流电池具有安全性高、循环寿命长以及环境友好等优势,被认为是大规模储能技术的首选技术之一,能够解决太阳能、风能等可再生能源发电不连续、不稳定的瓶颈问题,推动可再生能源的大规模应用,助力碳达峰、碳中和目标的实现。其中无机水系液流电池具有能量效率高、循环性能稳定、技术成熟等优势,是目前工程应用最为广泛的液流电池。本文介绍了无机水系液流电池的技术现状及其示范应用情况,系统阐述了新型无机水系液流电池的原理、技术现状及其挑战,同时对无机水系液流电池未来的技术创新与突破进行了展望,为无机水系液流电池的发展指明了方向。     

电池300余年的发展史

从300多年前“伏打电堆”的诞生之日起,电池便成为人类社会不可或缺的重要部分,能源短缺以及环境问题使人们一直在不停地寻找新的电池,也更进一步加速了电池的发展。本文介绍了各种最新电池的发展历史及其原理和用途,并对电池的未来发展做出展望。     

钛酸钠纳米管-碳复合材料用作钠离子电容电池负极材料

以二氧化钛、氢氧化钠溶液和葡萄糖作为初始原料,通过水热方法合成了钛酸钠纳米管-碳复合材料。 使用XRD和TEM等方法测试了材料的结晶情况和形貌, 通过氮气吸-脱附和热重实验测试了材料的孔结构和碳含量。 采用复合材料作为负极材料,和石墨正极材料配伍,组装成不对称型电容电池,在钠基有机系电解液中其电压可高达3.5 V。 探讨了负极材料的储能机理,并考察了正负极质量比对负极储钠容量的影响。 电化学性能测试结果显示,电容电池具有较高能量密度和功率密度,其数值分别为72 Wh/Kg和1256 W/Kg,电容电池也表现出了较好的循环稳定性,在0.17 A/g电流密度下,经1000次循环后容量保持率高达100%。     

“蛋黄蛋壳”结构纳米电极材料设计及在锂/钠离子/锂硫电池中的应用

“蛋黄蛋壳”结构纳米材料,具有易于调控的“蛋黄”、“蛋壳”和“空腔”结构,可视作“纳米反应器”,在催化、储能等领域表现出显著的应用潜力。尤其在电化学能源存储和转换方面,该结构纳米电极具有大的比表面积和独特的核壳结构,在充放电过程中可缓解电极的体积变化,提供快速的离子/电子输运通道,强化中间产物的吸附和提升转换反应效率等,能显著提高电极稳定性、倍率性能和循环性能,是一类较为理想的电极材料。本文针对“蛋黄蛋壳”结构纳米电极在锂/钠离子电池、锂硫电池等新兴二次电池领域的实际应用,总结了具有该结构纳米电极的设计与合成策略,包括:模板法、奥斯特瓦尔德熟化、电化学置换、克肯达尔效应等,评述了各种策略的优缺点以及电极材料的应用进展,最后对该类材料在锂/钠体系及锂硫电池二次电池方面的研究与应用前景进行了展望。     

一个普通化学实验:简易光伏电池的制作

本文介绍了一个简易光伏电池制作的教学实验。该实验包括两种光伏电池的制作,硫化铜/硅光伏电池和N719染料敏化的敏化光伏电池,适用于在大学一年级的普通化学实验课程中开设。文章对实验所包含的一系列基本化学原理进行了讨论,以方便该实验的进一步拓展,用于高年级的实验课程。     

超级电容电池

本文比较了超级电容器、锂离子电池和超级电容电池的结构、原理、研究现状和发展前景。超级电容电池的正极具有超级电容器电极的结构和双电层储能机制,负极具有类似锂离子电池负极的结构和快速电化学储能机制。超级电容器和锂离子电池的发展空间都很有限,而作为两者结合的产物的超级电容电池可兼具高比功率、高比能量、高放电电压和长循环寿命的优点,是未来储能电池的发展方向之一,但还面临缺乏具有高分解电压的电解液和高充电电压下电解液中离子枯竭的问题。