磷酸酯基阻燃电解液用于高安全锂硫电池

Li–S电池被认为是最有希望的下一代高能量密度二次电池之一,开发高效阻燃电解液对于提升电池安全性极为重要.本文对高浓度磷酸三乙酯(TEP)和磷酸三(2,2,2-三氟乙基)酯(TFP)电解液在锂–硫化聚丙烯腈(Li–PAN/S)电池中的应用展开了深入研究,以同样的锂盐摩尔比和氟代醚稀释梯度,研究了TEP和TFP基局部高浓度电解液对锂金属负极和硫正极稳定性的影响,详细解析了两种溶剂分子在电池循环过程中的界面反应.研究表明,磷酸酯基高浓度电解液在Li–PAN/S电池中展示了较优异的循环稳定性,通过优化TTE的稀释比例,提升了电池的倍率特性.对比基于TEP和TFP的电解液,发现TEP基电解液具有更好的锂沉积/剥离性能,而TFP基电解液在界面生成更多的有机组分,导致不稳定的界面膜.以TEP212为电解液的锂硫电池能够在1C的倍率下稳定循环200圈以上,放电比容量保持在1080.8 mA·h·g^-1.     

钼酸钠对钒电池负极电解液的影响

研究了钼酸钠作为负极电解液的添加剂,对电解液的电化学性能、稳定性和电池性能的影响。结果表明:钼酸钠的加入,有利于提高负极电解液的电化学活性和V(Ⅲ)离子的扩散系数,减小了电荷传递电阻;在0~1.5%含量范围内钼酸钠的添加对负极电解液的低温稳定性无影响。与空白电池相比,添加1.0%钼酸钠电池的容量和能量有所提高,特别是在电流密度达到120 m A/cm~2,放电容量和放电能量提高了25.59%和21.89%。     

钾离子电池的研究进展及展望

锂离子电池（LIBS）已经广泛应用到便携式电子产品和电动汽车上。然而,随着锂资源的开采使用,锂离子电池的成本也在逐渐增加。相比之下,地壳中较高的钾含量使得钾离子电池（KIB）成本相对较低。进而,钾离子电池作为一种新型低成本储能器件受到了广泛关注。但钾离子的半径较大,导致充放电过程中,离子嵌入/脱出的动力学性能较差。因此,电池电极材料的选择面临着新的挑战。在对钾离子电池电极材料进行分类和总结的基础之上,重点介绍了石墨及各种形式的碳材料、过渡金属氧化物、合金类等负极材料以及普鲁士蓝、层状金属氧化物、聚阴离子型化合物等正极材料的研究进展,并对钾离子电池的发展进行了展望,以期对高性能钾离子电池的发展提供新思路。      

电极孔隙结构对高比容量硅/碳负极性能的影响

通过控制高比容量硅碳负极(1100 mAh·g~(-1))极片压实密度、引入不同尺寸的造孔剂,构筑电极的孔隙结构。采用压汞法(MIP)和扫描电子显微镜(SEM)等表征手段,研究极片的孔隙率、孔径大小和孔径分布对高比容量硅碳负极电化学性能的影响。结果表明:当电极的孔隙率控制在46.2%时,高比容量硅碳负极电极的循环性能较优,循环50周后仍保持765 mAh·g~(-1)的可逆比容量。进一步通过引入不同尺寸的造孔剂碳酸铵((NH_4)_2CO_3),优化电极的孔径大小和分布。当造孔剂碳酸铵的颗粒尺寸分布在10μm左右、添加量为10%(质量分数)时,构筑的高比容量硅碳负极电极的循环性能较优,循环50周后仍保持955.7 mAh·g~(-1)的可逆比容量,大大提升了电极的循环稳定性;通过孔隙结构的控制,电极保持较好的倍率性能,1.0C倍率下仍保持1032.6 mAh·g~(-1)的较高可逆比容量。将利用造孔剂优化过孔隙结构后的高容量硅碳负极应用于2安时软包装锂离子电池中,电池的循环稳定性和倍率性能的得到了明显的提升。     

电沉积Sn-Ni合金锂离子电池负极材料的研制

通过电沉积锡镍合金制备了Sn-Ni锂离子电池负极材料。对沉积膜层进行了XRD及EDX分析,表明得到的合金主要包括Ni3Sn2,Ni3Sn4,Sn等相,其中Sn/Ni之比约1.5（原子比）。添加剂及工艺优化有利于得到可用作负极材料的均匀沉积膜层。分析讨论了此膜层电极的充放电过程及循环伏安（CV）曲线,测量了其循环容量。电极最大放电容量约为517 mAh.g^-1,20次循环放电容量约144 mAh.g-1,除第一个循环有一定容量损失外,前20次充放电效率基本在92%以上。相对于所沉积的Sn电极,Sn-Ni合金中的Ni提高了电极性能,特别是充放电循环稳定性。     

钒电解液V(Ⅲ)离子结构与电化学活性关系探讨

全钒液流电池(VRFB)因其固有安全性和超长服役寿命,被认为是最具应用前景的大规模电化学储能技术之一。VRFB负极电解液在充放电过程中主要发生V(Ⅲ)V(Ⅱ)离子氧化/还原反应,因V(Ⅲ)离子还原的标准电极电位为-0.25 V(vs.NHE),充电过程易于发生析氢副反应而严重影响VRFB性能,负极电解液的活性和析氢行为与V(Ⅲ)离子结构密切相关。基于Gaussian量子化学计算平台,采用MP2理论方法和LANL2DZ基组对不同构型V(Ⅲ)离子进行结构优化,分析其反应活性,并结合电解液电化学性能测试结果,发现新制备电解液中的V(Ⅲ)离子因存在一定程度聚合而表现出较差的电化学活性,经过5次充放电循环后,钒离子聚合程度减小,表现出较好的电化学活性,析氢副反应也得到抑制,充放电活化的电解液室温存放40天后活性又出现明显下降,表明VRFB负极电解液中V(Ⅲ)离子水解聚合是自发性的。     

CuO及其他过渡金属氧化物纳米结构材料在锂离子电池中的研究进展

锂离子电池（LIBs）因其能量密度高、体积小、质量轻等优点在便携式储能设备中广受欢迎。然而,传统商用LIBs存在可逆容量低、循环性能差、成本高、安全性差等问题,需要进一步提高其功率密度、能量密度、寿命和安全性。过渡金属氧化物负极材料提供的可逆容量与传统石墨材料相比高2～3倍,且具有更高的嵌锂电位和更高的安全性。同时,纳米结构电极材料由于其高比容量、快速的电子/离子转移速率,以及具有可减轻体积膨胀的自由空间等优点,成为电池电极的理想材料。本文综述了氧化铜（CuO）纳米结构材料用于LIBs的研究进展,包括球状、线状、片状等纳米结构,还阐述了它们的优势;还介绍了其他过渡金属氧化物纳米结构材料在LIBs中的应用;最后,讨论了CuO及其他过渡金属氧化物纳米结构材料未来在LIBs中应用的机遇和挑战。     

Fe_2O_3在锂离子电池负极材料中的研究进展

近年来,锂离子电池被广泛地应用于便携式电子设备和手机,并且对于诸如电动汽车等更高要求的应用而言具有巨大的潜力。作为锂离子电池负极材料,Fe_2O_3是最有可能替代石墨的过渡金属氧化物之一。因其具有高的理论比容量(1 007 mA·h·g~(-1))、储量丰富、安全性能好、无毒、环境友好和成本低等一系列优点,被广泛应用于气体传感器、催化和锂离子电池电极材料等领域,是一种具有巨大潜力的电极材料。介绍了锂离子电池的基本结构组成和工作原理,综述了Fe_2O_3的储锂机制和制备方法,总结了近年来Fe_2O_3以及它的复合物作为锂离子电池负极材料的研究进展。     

稀土在Ni/MH电池中应用研究

综述了稀土在N i/MH电池中的作用机理。贮氢合金中稀土的含量和组成改变合金的微晶结构,影响合金的吸放氢特性。镍电极中掺杂稀土添加剂一方面可以有效地提高析氧过电位,改善N i/MH电池高温性能。另一方面稀土的掺杂使N i(OH)2晶格发生畸变,改善材料的质子扩散性能,减少电化学反应阻抗。此外,电解液中引入稀土化合物,可增大电极表面的活性中心。阐述了稀土是改善N i/MH电池性能的一种有效的活性材料和添加剂。     

清华《Nature》子刊:新型电解液,让锂金属电池更安全更高效!北大核心

虽然近几年学者们对锂金属电池进行了深入的研究,但金属锂负极与电极液之间的副反应导致的枝晶生长依旧是阻碍其大规模商业化生产的核心难点。了解电极与电解液之间的界面化学反应已成为进一步开发高性能金属锂电池的关键。近日,清华大学深圳研究院的李宝华教授及其团队针对这一问题,提出使用酰胺基溶液作为金属锂电池的电解液。     

三维导电载体应用于钠金属负极的研究进展

钠金属因其成本低、自然丰度高、氧化还原电位低和理论比容量高等优点，被认为是高能电池的理想负极材料。然而，钠金属在充放电过程中易发生体积膨胀和产生钠枝晶，导致电池性能不断恶化，并引发安全隐患，严重阻碍了钠金属电池在实际中的应用。为了解决上述问题，国内外已进行了大量探索。其中，构建三维导电载体可以有效降低局部电流密度和成核能，抑制枝晶生长和减缓体积膨胀，在未来应用方面具有巨大的潜力。本文综述了近年来利用三维导电载体来提高钠金属负极电化学循环稳定性的研究进展并对三维导电载体进行了总结和分类。最后，从基础研究和实际应用两个方面讨论了三维导电载体材料在钠金属负极中的发展前景和未来研究方向。      

锂离子电池富锂正极材料的包覆改性研究进展

随着新能源汽车及储能行业的快速发展,传统正极材料难以满足人们对电池高能量、高密度锂电池的要求。富含Li和Mn的层状氧化物xLi₂MnO₃·(1–x)LiMO₂ (M=Ni,Mn,Co),其高比容量可超过250 mA·h·g–1,有希望成为下一代锂离子电池最理想的正极材料。但是,富锂材料仍存在首次循环不可逆容量高、循环性能差和倍率容量低等问题,为解决这些问题,本文阐述了富锂正极材料的结构和电化学反应之间的构效关系,讨论了金属氧化物、金属氟化物、碳、导电聚合物和锂离子导体等涂层材料对富锂正极材料电化学性能的影响规律及作用机理,同时还对以上涂层在富锂正极材料中应用的优缺点进行了总结。最后,对锂离子电池富锂正极材料的包覆改性的未来发展发现作出展望。      

基于霍尔-埃鲁特电解法制备铝合金技术研究进展

现代霍尔-埃鲁特(H-H)法铝电解槽规模大、工艺成熟, 利用该法电解制备铝基合金具有明显技术和经济优势. 目前国内外研究主要是在现有氟化物熔盐体系中添加多种合金元素氧化物, 合理调节电解质成分和工艺参数, 借助共电沉积和欠电位机制, 成功制备出多种铝基合金, 工业化试验亦有初步成果. 本文综合分析了上述进展及发展前景, 并指出在实现合金组成精准调控、合金产品成分均匀化、电解槽高电流效率运行等方面存在的问题, 旨在为相关研究提供参考.      

不同空气阴极表面结构之锌-空气燃料电池性能

本论文主要针对锌-空气燃料电池之空气阴极表面结构进行改善.锌-空气燃料电池主要以氢氧化钾为电解液,利用不同空气电极表面结构进行空气阴极性能与寿命研究.实验中进行了开回路电压性能测试与定电流放电测试,并讨论其两者电压-电流性能及功率密度差异,比较不同表面结构阴极的对电解液的抗蚀能力,针对放电完的电池电极进行材料分析.由实验结果得知,如此类似保护膜功用之电极表面结构在电池反应时,能够减少电解液本身以及阳极金属氧化物对空气电极表面的影响,提供较长时间稳定电流输出,大大地提升锌-空气燃料电池空气电极之使用寿命.      

钙钛矿型锂离子固体电解质Li2x?ySr1?xTi1?yNbyO3的性能

采用高温固相法成功制备了Li_2x?ySr_1?xTi_1?yNb_yO₃ (x=3y/4, y=0.25, 0.5, 0.6, 0.7, 0.75, 0.8)锂离子固体电解质,并通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、交流阻抗图谱、恒电位极化等分别研究了各个组分的晶体结构、微观形貌、离子电导率和电子电导率。XRD显示当y≤0.70时,材料为立方钙钛矿型结构,几乎没有杂质相生成。SEM表明随着掺杂含量的增加材料的晶粒尺寸逐渐增大。Li_0.35Sr_0.475Ti_0.3Nb_0.7O₃锂离子固体电解质有着高离子电导率,为3.62×10?5 S·cm?1,其电子电导率为2.55×10?9 S·cm?1,活化能仅为0.29 eV。使用以Li_0.35Sr_0.475Ti_0.3Nb_0.7O₃为隔膜的LiFePO₄/Li半电池经过100圈循环后,放电比容量仍有93.9 mA·h·g?1,容量保持率为90.72%。      

Effect of electrolyte concentration on low-temperature electrochemical properties of LaNi5 alloy electrodes at 233 K

The effect of KOH electrolyte concentration on low-temperature electrochemical properties of LaNi5 alloy electrodes at 233 K was studied. The results indicated that the electrolyte concentration had great influence on discharge capacity and discharge voltage plateau of LaNi5 alloy electrode at 233 K, and the highest discharge capacity and discharge voltage plateau were both obtained at 6 mol/L KOH. When the KOH electrolyte concentration changed from 5 to 9 mol/L at 233 K, the high rate discharge ability (HRD) had the same change tendency as the diffusion coefficient, but the exchange current density did not change significantly, which implied that hydrogen diffusion was the control step at low temperature 233 K for discharge process of LaNi5 alloy electrode.     

高功率锂离子电池研究进展

高功率快放型锂离子电池是目前锂离子电池领域研究的重点方向之一。为了获得具有高功率密度的锂离子电池,正极材料须具有较高的电压和较高的电子与离子导电率,正极材料主要包括高电压钴酸锂、镍锰酸锂和高电压三元材料,负极材料包括碳系材料、钛基材料和金属氧化物材料,以及为提高首效和降低负极电位而采用的预嵌锂方法,并对锂离子电池电解液用锂盐、溶剂和添加剂进行了综述。最终总结了功率密度测试方法,并对高功率锂离子电池的研究进行展望。      

Electrochemical studies of the performance of different Pb-Ag anodes during and after zinc electrowinning

One Pb-0.25%Ag-0.1%Ca alloy anode and three commercial Pb-0.6%Ag, Pb-0.58%Ag and Pb-0.69%Ag alloys anodes have been studied by conventional electrochemical methods and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) in acid zinc sulphate electrolyte with and without MnSO₄ additions to evaluate their activity and corrosion behaviour. At a current density of 50 m Acm⁻² and 38 °C, the polished surface of the anode Pb-0.69%Ag alloy had the lowest overpotential, followed closely by that of anodes Pb-0.6%Ag and Pb-0.58%Ag alloys and then anode Pb-0.25%Ag-0.1%Ca alloy in a bath with and without MnSO₄ additions. Also, during potential decay period after 5 h electrolysis, the polished surfaces showed that anode Pb-0.69%Ag alloy had the lowest corrosion current among the four examined anodes, followed by anodes Pb-0.6%Ag, Pb-0.25%Ag-0.1%Ca alloys and Pb-0.58%Ag alloy.     

电池用铝合金阳极材料研究的新进展

铝阳极正朝着电位更负、利用率更高以及抗铝中杂质干扰的方向发展。从铝电池阳极的活化机理、添加的合金元素以及电解液、缓蚀剂对阳极性能的影响等方面，综述了国内外电池用铝合金阳极材料研究的应用概况和新进展。     

Physical modeling studies of electrolyte flow due to gas evolution and some aspects of bubble behavior in advanced hall cells: Part II. Flow and interpolar resistance in cells with a grooved anode

This article illustrates the role of anode design in increasing the energy efficiency of advanced Hall-Héroult cells. In this study, a “novel” anode that promotes the removal of gas bubbles, generated by the anodic reaction, from the interelectrode gap has been simulated. The efficacy of this anode has been judged with the help of electrolyte flow and interpolar resistance measurements in the horizontal, near-horizontal, and near-vertical electrode configurations. The experimental arrangement was similar to that used in Part I, the companion article. Velocities were measured with a laser-Doppler velocimeter (LDV). Both velocity and interpolar resistance measurements indicate the superiority of this novel anode over a flat anode. Use of this novel anode (vis-à-vis the flat anode) should lead to a reduction (approximately 40 Pct) in interpolar resistance at current density levels used in the industry. Furthermore, electrolyte flow in the anode-to-cathode gap (ACG) is uniform, thereby minimizing the possible problem of reoxidation of aluminum which might be present in cells operated with flat anodes. This study also highlights the major drawbacks of advanced Hall cells operated in the near-vertical configuration: existence of recirculating flow and very high volume fraction of bubbles near the top of the ACG. Both of these factors could lead to increased oxidation of aluminum and, therefore, to reduced current efficiency. Finally, comparison of results with Part I suggests that maximum energy efficiency should be obtained in retrofitted advanced Hall cells operated with this novel anode in the near-horizontal electrode configuration.