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。     

CoO填充多壁碳纳米管作为锂离子电池负极材料

碳纳米管自1990年被日本科学家Iijima发现以来[1],由于其独特的结构组成而具有良好的强度和弹性模量、高比表面积、良好的耐腐蚀性和导电性等特点受到了广泛的关注,并已在催化剂载体、纳米电子器件、储能材料、复合功能材料等诸多领域得到应用。多壁碳纳米管(MWCNT)是由多层石墨卷绕而成的同心圆筒,石墨层间距约为0.034nm,管径一般为几十纳米,管长可达数微米,因此多壁碳纳米管具有较高的长径比,可以被看作一维纳米线。由于多壁碳纳米管在管壁之间和管腔之中存在大量空间,为锂离子的嵌入提供了可能,因此近年来关于多壁碳纳米管储锂的研究…     

硅基锂离子电池负极材料

硅是目前已知比容量(4200 mAh ·g^-1)最高的锂离子电池负极材料,但由于其巨大的体积效应(> 300%),硅电极材料在充放电过程中会粉化而从集流体上剥落,使得活性物质与活性物质、活性物质与集流体之间失去电接触,同时不断形成新的固相电解质层(SEI),最终导致电化学性能的恶化。本文介绍了硅作为锂离子电池负极材料的储能及容量衰减机理,总结了通过硅材料的选择和结构设计来解决充放电过程中巨大体积效应的相关工作,并讨论了一些具有代表性的硅基复合材料的制备方法、电化学性能和相应机理,重点介绍了硅炭复合材料。另外,介绍了一些电极的处理方法和其提高硅基负极材料电化学性能的可能机理。最后,对硅基负极材料存在的问题进行了分析,并展望了其研究前景。     

锂离子电池负极硅基材料

硅基材料由于其高电化学容量是一种非常有发展前途的锂离子电池负极材料,但其在充放电过程中体积变化大、循环寿命差、首次库仑效率低等是阻碍其商业化的主要问题.本文综述了硅在脱嵌锂时晶体结构及表/界面的变化,以及改善其电化学性能方面的研究进展,并阐述其作为锂离子电池负极材料的研究前景.     

钠离子电池负极材料

钠离子电池具有钠资源丰富和成本低廉等特点,吸引了国内外研究者的广泛关注,被认为是今后在规模储能领域可能替代锂离子电池的最佳候选。近几年钠离子电池的研究相继取得了重要进展,研究体系不断丰富。本文对钠离子电池负极材料的研究现状进行了详细的综述,重点介绍了碳基材料、合金材料、非金属单质、金属氧化物以及有机化合物等嵌钠性能及可能的嵌钠机理。探讨了这些材料目前所面临的主要问题及可能的解决策略,并对钠离子电池今后的研究方向和应用前景进行了展望。     

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。     

锂离子电池纳米级负极材料的研究

综述了锂离子电池纳米级碳材料、锡基材料和合金材料近几年的研究成果及发展方向,探讨了该类材料目前存在的问题及解决的办法,对该类材料的发展趋势进行了展望.     

锂离子电池用SnZn/Cu薄膜负极材料的研究

合金型锂离子电池负极材料由于容量高、安全性好而备受关注. 采用磁控溅射法在铜箔上渡膜制备锡锌薄膜, 经热处理后得到合金薄膜电极. 薄膜热处理后, 表面活性层形成Cu3Sn中间合金. 合金薄膜是由尺寸在5 μm左右的合金颗粒构成, 而合金颗粒则由更小的尺寸在50 nm左右微粒组成, 该合金薄膜同时具有薄膜、中间合金和纳米结构材料的特征. 合金薄膜电极具有较高的充放电容量、良好的循环性能和非常高的充放电效率. 在0.01～1.0 V (vs. Li/Li＋)区间, 电极循环200周后放电容量保持在300 mAh•g－1以上, 与第一次脱锂容量相比较, 容量保持率高达91.9%, 充放电效率大于98.0%.     

改性球形天然石墨锂离子电池负极材料的研究

将天然鳞片石墨制成球形石墨,在其表面包覆一层纳米非石墨化碳材料制成具有核壳结构的改性球形石墨。实验结果表明:此法显著提高了天然石墨的振实密度、可逆容量(达365mAh·g-1 ),首次库仑效率( >93% )和循环稳定性(循环500次后,容量保持率>80% )。分析并讨论了负极材料的结构及其与电化学性能的关系。     

锂离子电池用多孔硅/石墨/碳复合负极材料的研究

在两步高能球磨和酸蚀条件下制得了多孔硅/石墨复合材料，并对其进行碳包覆制成多孔硅/石墨/碳复合材料。通过TEM，SEM等测试手段研究了多孔硅材料的结构。作为锂离子电池负极材料，电化学测试结果表明多孔硅/石墨/碳复合材料相比纳米硅/石墨/碳复合材料有更好的循环稳定性。同时，改变复合体配比、热解碳前驱物、粘结剂种类和用量也会对材料的电化学性能产生较大的影响。其中使用质量分数为10％的LA132粘结剂的电极200次循环以后充电容量保持在649.9 mAh·g^-1，几乎没有衰减。良好的电化学性能主要归因于主活性体-多孔硅颗粒中的纳米孔隙很好地抑制了嵌锂过程中自身的体积膨胀，而且亚微米石墨颗粒和碳的复合也减轻了电极材料的体积效应并改善了其导电性。     

氧化镉改性石墨毡作为高性能的钒电池负极

为了提高原始石墨毡(GF)对V3+/V2+氧化还原反应的电催化活性和降低析氢反应对电池性能的影响,本文采用水热法将氧化镉(CdO)纳米颗粒负载于石墨毡表面,制备出改性石墨毡(CdO/GF)作为高性能的钒电池负极。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)进行表面形貌和物相分析得出:CdO纳米颗粒均匀负载于石墨毡纤维表面;线性扫描伏安法(LSV)、循环伏安测试(CV)、交流阻抗谱测试(EIS)表明:相对于GF,CdO/GF有效抑制了析氢反应的活性,CdO/GF对于V3+/V2+氧化还原反应的电化学活性和可逆性有显著的提高,电荷转移阻抗也有明显的减小;单电池测试中,对比GF,CdO/GF的放电容量衰减速率有显著的下降,在90 mA·cm-2的电流密度下的电压效率和能量效率提高了约5%。在多次充放电循环过程中,CdO/GF的催化性能显示出良好的稳定性。     

Properties of Bromine Fused Salts Based on Quaternary Ammonium Molecules and Their Relevance for Use in a Hydrogen Bromine Redox Flow Battery

Bromine complexing agents (BCA) in aqueous electrolytes for hydrogen bromine flow batteries are used to reduce bromine‘s vapour pressure, while an insoluble and liquid fused salt is formed. The properties (concentrations, composition, conductivity and viscosity) of this fused salt are investigated in this study systematically ex situ by using 7 BCAs at different state of charge in HBr/Br₂/H₂O electrolytes with a theoretical capacity of 179.6 Ah L⁻¹. Bromine is stored in the fused salt at concentrations up to 13.6 M, reaching theoretical volumetrical capacities up to 730 Ah L⁻¹ in fused salts. The fused salt consists of a pure, bromine- and water-free ionic liquid of organic [BCA]⁺ cations and polybromides, and its conductivity bases on a hopping mechanism among the polybromides. Alkyl side chain length of the BCAs and distribution of polybromides influence strongly the conductivity and viscosity of the fused salts. 1-ethylpyridin-1-iumbromide results to be favoured BCA for application.     

Systematic Study of Quaternary Ammonium Cations for Bromine Sequestering Application in High Energy Density Electrolytes for Hydrogen Bromine Redox Flow Batteries

Bromine complexing agents (BCAs) are used to reduce the vapor pressure of bromine in the aqueous electrolytes of bromine flow batteries. BCAs bind hazardous, volatile bromine by forming a second, heavy liquid fused salt. The properties of BCAs in a strongly acidic bromine electrolyte are largely unexplored. A total of 38 different quaternary ammonium halides are investigated ex situ regarding their properties and applicability in bromine electrolytes as BCAs. The focus is on the development of safe and performant HBr/Br₂/H₂O electrolytes with a theoretical capacity of 180 Ah L⁻¹ for hydrogen bromine redox flow batteries (H₂/Br₂-RFB). Stable liquid fused salts, moderate bromine complexation, large conductivities and large redox potentials in the aqueous phase of the electrolytes are investigated in order to determine the most applicable BCA for this kind of electrolyte. A detailed study on the properties of BCA cations in these parameters is provided for the first time, as well as for electrolyte mixtures at different states of charge of the electrolyte. 1-ethylpyridin-1-ium bromide [C2Py]Br is selected from 38 BCAs based on its properties as a BCA that should be focused on for application in electrolytes for H₂/Br₂-RFB in the future.     

液流电池正极活性物质钛铁试剂初探

应用循环伏安法研究钛铁试剂(4,5-二羟基-1,3-苯二磺酸钠)电对(石墨基底)在水溶液中的电化学行为.实验表明,溶液pH<4时,该试剂的氧化还原反应电位较高,可逆性好.以其作正极与V(III)/V(II)负极组成液流电池,在硫酸介质中,充放电库仑效率可达90%以上,而且循环寿命较好,性能衰减小,具备作为液流电池正极活性物质的可行性.     

全钒氧化还原液流电池用石墨毡电极的分步氧化活化

石墨毡电极是组成钒电池的关键材料,其较低的电化学活性是造成钒电池功率密度较低的关键因素之一. 本论文采用一种简便的石墨毡电极分步氧化活化法,先将石墨毡在高锰酸钾溶液中进行氧化,后置于活化溶液中激发其反应活性. 通过对处理后的石墨毡进行循环伏安、交流阻抗测试、XPS以及SEM表征,发现氧化时间和活化溶液组成是影响电极性能的因素,在本文中,先经过3天氧化时间,后在配比为3:1的活化溶液中处理的电极,较其他方法处理的电极,电荷传递电阻明显降低,其与溶液之间的接触电阻最低,为7.33 Ω·cm ²,氧化还原峰值比更接近于1,有效提高了反应的活性与可逆性,经X射线光电子能谱分析发现性能提高的原因与表面含氧官能团数目增加有关. 单电池性能测试结果进一步证实,利用该方法处理的石墨毡为电极的单电池,较未经处理的电池相比性能更优,有更高的放电容量和能量效率,在100 mA·cm ^-2电流密度下,能量效率较未处理电极高出7.47%. 与热处理法、酸处理法及电化学氧化法相比较,该方法不需要辅助设备,不消耗能源.     

全钒氧化还原液流电池中电极材料的研究评述

全钒氧化还原液流电池是一种新型的蓄电池 ,较之传统蓄电池有许多的优点 ,本文介绍了钒电池中的两类电极材料 (金属类和复合类 )的发展情况     

镍氢电池负极板中稀土的回收工艺研究

探讨了镍氢电池生产中产生的废镍氢电池负极板中稀土的回收工艺。镍钴与稀土的分离,采用无水硫酸钠沉淀稀土的方法。溶液中酸度、温度及无水硫酸钠用量为影响分离效果的主要因素。实验得到最佳值为:酸度1M,浓度为100g极板溶解为1000ml,其中镍含量在55～60g·L-1。无水Na2SO4投加量为理论量的2 9倍。该方法效果较好,能使90%以上的稀土沉淀,而镍、钴则留在溶液中。采用本实验方法回收镍氢电池负极板中的稀土后可进一步分离回收镍、钴、既有利于防止Ni对环境的污染,又能带来经济效益。     

NiO/ZnO Composite Derived Metal-Organic Framework as Advanced Electrode Materials for Zinc Hybrid Redox Flow Battery

NiO/ZnO composite derived metal-organic framework (MOF) is used as to modify carbon felt (CF) via a conventional solid-state reaction followed by ultrasonication. The prepared electrode material is used in zinc-hybrid redox flow batteries (RFBs) due to their high redox activity of Zn²⁺/Zn. The electrochemical performance of composite modified CF and pre-treated CF was studied by cyclic voltammetry (CV) in 0.5 M aqueous zinc chloride with 5 M potassium hydroxide solutions showed clear confirmation for enhanced electrocatalytic activity. The unique porous structure of NiO/ZnO-derived MOF with increased surface area improves the battery behavior significantlyThe peak current ratio for the as-prepared material is about 3 times higher than that of the pre-treated CF due to more active sites. Zinc-based RFB with modified CF electrode exhibited better electrochemical performance with voltage efficiency (VE, 88 %), which is higher than true redox flow batteries.     

钒液流电池用碳纸电极改性的研究

采用红外光谱和扫描电镜等手段研究了浓硫酸处理前、后碳纸的表面结构和形貌的变化。并将这类碳纸用作全钒液流氧化还原电池电极材料,对其电化学性能进行了详细研究。结果表明通过酸处理,碳纸表面有-COOH官能团生成,其电化学活性增强。酸处理后的碳纸电极组装成的电池在电流密度20 mA·cm^-2时有良好充放电性能,平均电流和电压效率达到95%和82%。