{"id":1831,"date":"2019-05-22T02:48:07","date_gmt":"2019-05-22T02:48:07","guid":{"rendered":"http:\/\/www.meetyoucarbide.com\/single-post-2018-research-progress-on-energy-storage-and-power-battery\/"},"modified":"2020-05-04T13:12:04","modified_gmt":"2020-05-04T13:12:04","slug":"2018-research-progress-on-energy-storage-and-power-battery","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/de\/2018-forschungsfortschritte-zur-energiespeicherung-und-power-batterie\/","title":{"rendered":"Forschungsfortschritt 2018 zu Energiespeicherung und Energiebatterie"},"content":{"rendered":"
\n
\"\"<\/p>\n

1. 1 Kathodenmaterial<\/h3>\n
Lithium-ion battery cathode materials are mainly divided into lithium-rich manganese-based materials, ternary composite materials, spinel-type LiMn 2 O 4 , lithium iron phosphate and lithium nickel manganese oxide. Li-rich manganese-based solid solution cathode material Li 1 + x M 1 – x O 2 (M is a transition metal such as Ni, Co and Mn) with high specific capacity (> 200 mAh\/g), high energy density, low cost and environmental protection Friendly, etc., but there are shortcomings such as low initial discharge efficiency, low coulombic efficiency, poor cycle life, unsatisfactory high temperature performance, and low rate performance. Researcher Wang Zhaoxiang from the Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences combines experimental research with theoretical calculations. From the exploration of the driving force of Mn migration, this paper studies a series of problems caused by Mn migration and proposes a method to inhibit Mn migration. Professor Wang Xianyou of Xiangtan University started from the relationship between material structure and performance, and improved and improved by optimizing material structure, design material composition (O excess), controlling material phase composition (Co-doped) and surface modification (coated with polyaniline). The way of lithium material performance. In the coating modification, Professor Chen Zhaoyong of Changsha University of Science and Technology conducted an in-depth study: a microporous Al 2 O 3 \/PAS double-layer cladding structure was constructed on the surface of the lithium-rich manganese-based cathode material, and the cathode material was at a rate of 0.1 C. The specific capacity is up to 280 mAh\/g, and after 100 cycles at 0. 2 C, there is still 98% capacity retention and no structural transformation of the material. The research of Ni-Co-Mn ternary cathode material mainly focuses on optimizing the composition and preparation conditions, coating or doping modification, etc., in order to further improve the capacity, cycle characteristics and rate performance. The first discharge specific capacity of the first discharge specific capacity is 209. 4 mAh\/g, 1. 0 C. The first discharge specific capacity of the material is 0. 1 C mAh\/g, 1. 0 C. 7%\u3002 Capacity retention rate of 95. 5%, the capacity retention rate at high temperatures is still 87.7%. The coating material may also be LiTiO 2 , Li 2 ZrO 3 or the like, which can improve the stability of the ternary positive electrode material. Preparation of spinel LiMn 2 O 4 by solid phase combustion synthesis can reduce the reaction temperature, accelerate the reaction rate and improve the crystal structure of the product. The main methods for modifying the spinel LiMn 2 O 4 are coating and doping, such as coating ZnO, Al 2 O 3 , doping Cu, Mg and Al. The modification of lithium iron phosphate is mentioned. The methods used are element co-doping (such as vanadium ion and titanium ion), addition of ferrocene and other catalytic graphitization additives, and compounding with graphene, carbon nanotubes and the like. For lithium nickel manganate cathode materials, high temperature stability can also be improved by doping modification and coating, and improving synthesis methods and processes. Other researchers have proposed some other types of cathode materials, such as carbonyl conjugated phthalocyanine compounds, with an initial discharge specific capacity of 850 mAh\/g; graphene-mesoporous carbon\/selenium (G-MCN\/Se) ternary For the composite film positive electrode, when the selenium content was 62%, the first discharge specific capacity of 1 C was 432 mAh\/g, and remained at 385 mAh\/g after 1 300 cycles, showing good cycle stability.<\/div>\n

1.2 Anodenmaterial<\/h3>\n
Graphitmaterialien sind derzeit die wichtigsten Anodenmaterialien, aber Forscher haben andere Anodenmaterialien untersucht. Im Vergleich zum Kathodenmaterial weist das Anodenmaterial keinen offensichtlichen Forschungs-Hotspot auf. Der Elektrolyt zersetzt sich auf der Oberfl\u00e4che der Graphitanode w\u00e4hrend des ersten Zyklus der Batterie reduktiv und bildet eine Festelektrolyt-Phasengrenzfl\u00e4chenmembran (SEI), was zu einem ersten irreversiblen Kapazit\u00e4tsverlust f\u00fchrt, aber die SEI-Membran kann verhindern, dass der Elektrolyt dies fortsetzt zersetzen sich auf der Graphitoberfl\u00e4che und sch\u00fctzen so die Elektrode. Die Rolle. Zhang Ting von der South China Normal University f\u00fcgte Dimethylsulfit als filmbildendes SEI-Additiv hinzu, um die Kompatibilit\u00e4t zwischen der Graphitanode und dem Elektrolyten zu verbessern und die elektrochemische Leistung der Batterie zu verbessern. Einige Forscher haben Nano-Titanat-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe als Anodenmaterialien verwendet und durch Magnetron-Sputtern mit ZnO, Al 2 O 3 und anderen Materialien beschichtet, um die Ratenleistung und Zyklusstabilit\u00e4t zu verbessern; Spr\u00fchtrocknungspyrolyse Das durch das Verfahren hergestellte Silizium-Kohlenstoff-Verbundanodenmaterial hat eine erste spezifische Entladungskapazit\u00e4t von 1033,2 mAh\/g bei einem Strom von 100 mA\/g und eine erste Ladungs- und Entladungseffizienz von 77,31 TP2T; selbsttragendes flexibles Silizium\/Graphen Das Anodenmaterial aus Verbundfolie wurde 50 Mal bei einem Strom von 100 mA\/g zykliert, die spezifische Kapazit\u00e4t betrug immer noch 1.500 mAh\/g und die Coulomb-Effizienz wurde bei 99% oder mehr stabilisiert. Der Grund daf\u00fcr ist, dass die Graphenschichten eine hohe elektrische Leitf\u00e4higkeit und Flexibilit\u00e4t aufweisen.<\/div>\n

1,3-Lithium-Ionen-Akku<\/h3>\n
Elektrolyt Das traditionelle Karbonatelektrolytsystem hat Probleme wie Entflammbarkeit und schlechte thermische Stabilit\u00e4t. Es entwickelt ein Elektrolytsystem mit hohem Flammpunkt, Nichtentflammbarkeit, breitem elektrochemischem Stabilit\u00e4tsfenster und breiter Temperaturanpassungsf\u00e4higkeit. Es ist ein Schl\u00fcsselmaterial f\u00fcr Lithium-Ionen-Batterien.<\/div>\n

2 NiMH-Akku<\/h2>\n
A research hotspot in nickel-metal hydride batteries is hydrogen storage alloy materials. Professor Guo Jin of Guangxi University believes that the rapid cooling at liquid nitrogen temperature and the non-equilibrium treatment of mechanical ball milling regulate the hydrogen storage performance of Mg 17 Al 12 alloy. Associate Professor Lan Zhiqiang of Guangxi University used the heat treatment process combined with mechanical alloying to prepare Mg 90 Li 1 – x Si x (x =0, 2, 4 and 6) composite hydrogen storage materials, and studied the addition of Si to the solid solution storage of Mg-Li system. The effect of hydrogen performance. The introduction of rare earth elements can inhibit the amorphization phenomenon and the disproportionation process of the alloy composition during the hydrogen absorption and desorption cycle, and increase the reversible hydrogen absorption and desorption of the alloy. The conventional hydrogen storage alloy materials on the market are mostly doped with rare earth elements (La). , Ce, Pr, Nd, etc.), but the price of Pr and Nd is higher. Zhu Xilin reported on the application of an AB 5 hydrogen storage alloy not doped with Pr and Nd in a nickel-hydrogen battery. The square battery applied to the electric bus has been safely operated for 100 000 km. Another research hotspot for hydrogen storage materials is metal nitrogen hydrides such as Mg(BH 2 ) 2 -2LiH, 4MgH 2 – Li 3 AlH 6 , Al-Li 3 AiH 6 and NaBH 4 -CO(NH 2 ) 2 . Reducing the particle size and adding an alkali metal additive can improve the hydrogen storage performance of the metal coordination hydrogen storage material, wherein the particle size is reduced, which is mainly achieved by high energy mechanical ball milling. The Amine-Decorated12-Connected MOF CAU-1 material reported by Professor Sun Lixian of Guilin University of Electronic Technology has excellent H 2 , CO 2 and methanol adsorption properties, which are of great significance and application value for CO 2 emission reduction and hydrogen storage. They also developed A variety of aluminum-based alloy hydrogen-generating materials, such as 4MgH 2 -Li 3 AlH 6 , Al-Li 3 AiH 6 and NaBH 4 -CO(NH 2 ) 2 , are used in combination with fuel cells.<\/div>\n

3 Superkondensatoren<\/h2>\n
Die Suche nach Elektrodenmaterialien mit hoher Leistungsf\u00e4higkeit und langer Zyklenlebensdauer steht im Mittelpunkt der Forschung zu Superkondensatoren, unter denen Kohlenstoffmaterialien die gebr\u00e4uchlichsten Elektrodenmaterialien f\u00fcr Superkondensatoren sind, wie beispielsweise por\u00f6se Kohlenstoffmaterialien, Biomasse-Kohlenstoffmaterialien und Kohlenstoffverbundmaterialien. Einige Forscher haben nanopor\u00f6se Kohlenstoff-Aerogel-Materialien hergestellt und bewiesen, dass gute elektrochemische Kapazit\u00e4tseigenschaften von der dreidimensionalen Netzwerkskelettstruktur und der ultrahohen spezifischen Oberfl\u00e4che herr\u00fchren. Nie Pengru, Huazhong University of Science and Technology, erhielt ein dreidimensionales por\u00f6ses Kohlenstoffmaterial und verwendete es als Elektrodenmaterial f\u00fcr Superkondensatoren im Prozess der R\u00fcckgewinnung von Blei-S\u00e4ure-Altbatterien durch Zitronens\u00e4ure-Nasslaugung. Dieses Verfahren kann die enge Integration der Energiespeicherindustrie und der Umweltschutzindustrie f\u00f6rdern und gute \u00f6kologische und \u00f6kologische Vorteile erzeugen. Die Forscher untersuchten auch die Verwendung verschiedener Kohlenstoffmaterialien aus Biomasse (Saccharose, Pollen, Algen usw.) als Elektrodenmaterialien f\u00fcr Superkondensatoren. Im Hinblick auf Verbundmaterialien haben Forscher ein sandwichf\u00f6rmiges MoO 3 \/C-Verbundmaterial entwickelt, bei dem die \u03b1-MoO 3 -Schicht und die Graphenschicht horizontal verschachtelt und gestapelt sind, das hervorragende elektrochemische Eigenschaften aufweist; Graphen\/Kohlenstoff-Quantenpunkt-Komposit Das Material kann auch als Elektrodenmaterial mit einer spezifischen Kapazit\u00e4t von 256 F\/g bei einem Strom von 0,5 A\/g verwendet werden. Professor Liu Zonghuai von der Shaanxi Normal University stellte ein aus Manganoxid-Nanopartikeln zusammengesetztes mesopor\u00f6ses Manganoxid-Nanoelektrodenmaterial mit einer spezifischen Oberfl\u00e4che von 456 m 2 \/g und einer spezifischen Kapazit\u00e4t von 281 F\/g bei einem Strom von 0,25 A\/g her. Liu Peipei von der South China University of Technology stellte ein dreidimensionales NiO-Co 3 O 4 -Verbundmaterial mit Nanoblumen mit einer spezifischen Kapazit\u00e4t von 1 988,6 F\/g bei einem Strom von 11 A\/g und einer Kapazit\u00e4tserhaltungsrate her von 1.500 Zyklen. 94. 0%; Wang Yijing von der Nankai University untersuchte den Wachstumsmechanismus, die Mikrostruktur und die Leistung von NiCo 2 O 4 -Materialien mit unterschiedlichen Morphologien. Tang Ke von der Chongqing University of Arts and Sciences analysierte die Beziehung zwischen \u00e4quivalentem Widerstand und Ladestrom. Das Ersatzschaltbildmodell wurde verwendet, um die Variation von Kapazit\u00e4t, Speicherkapazit\u00e4t und Ladeeffizienz von Superkondensatoren mit Strom zu untersuchen. Die Temperaturspeicherleistung von Superkondensatoren wurde diskutiert. Einfluss.<\/div>\n

4 Brennstoffzelle<\/h2>\n
Die Kommerzialisierung von Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEMFC) wird haupts\u00e4chlich durch Kosten und Langlebigkeit eingeschr\u00e4nkt. Da der in PEMFC verwendete Katalysator haupts\u00e4chlich ein Edelmetall wie Pt ist, ist er kostspielig und wird in der Arbeitsumgebung leicht abgebaut, was zu einer Abnahme der katalytischen Aktivit\u00e4t f\u00fchrt. Der Forscher Shao Zhigang vom Dalian Institute of Chemical Physics der Chinesischen Akademie der Wissenschaften berichtete \u00fcber einen Pd-Pt-Kern-H\u00fclle-Katalysator, der Pd einf\u00fchrt, um die verwendete Pt-Menge zu reduzieren und die Aktivit\u00e4t des Katalysators zu erh\u00f6hen. Dar\u00fcber hinaus haben Forscher die Wechselwirkung zwischen Metall und Tr\u00e4ger verbessert, indem sie Polymerstabilisierung, Oberfl\u00e4chengruppierung und Metalloberfl\u00e4chen-Kohlenstoffcluster-Modifikation verwendet haben, um einen PEMFC-Metallsauerstoffreduktionskatalysator mit hoher Aktivit\u00e4t und hoher Stabilit\u00e4t zu erhalten. Cao Tai vom Beijing Institute of Technology stellte ein leichtes, kosteng\u00fcnstiges und gro\u00dftechnisches Syntheseverfahren f\u00fcr die Synthese einheitlicher, stickstoffdotierter, bambusf\u00f6rmiger Kohlenstoff-Nanor\u00f6hren mit Kobalt-Nanopartikeln an der Spitze vor. Die Produkte haben hervorragende Eigenschaften. Redoxkatalytische Aktivit\u00e4t. Auf Kohlenstoff basierende Katalysatoren und andere Nicht-Platin-Katalysatoren f\u00fcr Brennstoffzellen, die herk\u00f6mmliche auf Platin basierende Katalysatoren ersetzen k\u00f6nnen, werden durch hydrothermale Carbonisierung, thermisches Cracken bei hoher Temperatur usw. erhalten und haben eine vergleichbare Leistung wie kommerzielle Platin-Kohlenstoff-Katalysatoren.<\/div>\n

5 andere Batterien<\/h2>\n

5. 1 Natriumionenbatterie<\/h3>\n
Der Lade- und Entladeprozess von Na 0,44 MnO 2 -Material wurde in Dai Kehua von der Northeastern University untersucht. Es wurde gefunden, dass Mn 2+ auf der Oberfl\u00e4che des Materials bei niedrigem Potential gebildet wurde. Das leitf\u00e4hige Harz Phenolharz PFM k\u00f6nnte die reversible spezifische Kapazit\u00e4t von reinem Sn-Pulver verbessern. Um ein stabiles Laden und Entladen zu erreichen. Die Zhongnan-Universit\u00e4t Xiao Zhongxing et al. gesintert durch das hydrothermale Verfahren und das Hochtemperatur-Festphasenverfahren, um das Na 0,44 MnO 2 h\u00f6herer Reinheit zu synthetisieren, und das Metall Natrium wurde als negative Elektrode verwendet, um eine Knopfbatterie mit einer Kapazit\u00e4t von 0,000 zu montieren. 5 C-Zyklus 20 Mal. Die Retentionsrate betrug 98,91 TP2T; Zhang Junxi vom Shanghai Electric Power College synthetisierte NaFePO 4 -Kristalle mit Olivinstruktur, die als Kathodenmaterial f\u00fcr Natriumionenbatterien verwendet wurden und eine gute elektrochemische Leistung aufwiesen. Associate Professor Deng Jianqiu von der Guilin University of Electronic Technology stellte ein nanolineares Strontiumsulfid durch ein hydrothermales Verfahren her und verwendete es als negatives Elektrodenmaterial f\u00fcr Natriumionenbatterien. Das Material hat eine spezifische Kapazit\u00e4t der ersten Entladung von 552 mAh\/g bei 100 mA\/g. Nach 55 Zyklen betr\u00e4gt die Kapazit\u00e4tsretention 85,51 TP2T. Es wird 40 Mal bei 2 A\/g zykliert und kehrt zu 100 mA zur\u00fcck. Der Strom von g und die spezifische Kapazit\u00e4t der Entladung werden auf 580 mAh\/g wiederhergestellt, was anzeigt, dass die Zyklusleistung des negativen Elektrodenmaterials gut ist, und die Struktur kann nach einem gro\u00dfen Stromzyklus stabil gehalten werden.<\/div>\n

5. 2 Lithium-Schwefel-Batterie<\/h3>\n
Die Forschung zu Lithium-Schwefel-Batterien konzentriert sich derzeit auf Elektrodenmaterialien wie por\u00f6se Kohlenstoffmaterialien, Verbundmaterialien usw., um die Batteriesicherheit, die Lebensdauer und die Energiedichte zu verbessern. Das von Zhang Hongzhang vom Dalian Institute of Chemical Physics der Chinese Academy of Sciences entwickelte Kohlenstoffmaterial hat ein gro\u00dfes Porenvolumen (> 4,0 cm 3 \/g), eine gro\u00dfe spezifische Oberfl\u00e4che (> 1 500 m 2 g), und einen hohen Schwefelgehalt (>70%). Unter der Bedingung eines hohen Schwefelgehalts (3 mg\/cm 2 ) betr\u00e4gt die spezifische spezifische Kapazit\u00e4t einer 0,1 C-Entladung 1200 mAh\/g; Professor Chen Yong von der Universit\u00e4t Hainan verwendet Ti 3 C 2 mit einer zweidimensionalen Akkordeonstruktur als positives Elektrodenmaterial. Kombiniert mit Schwefel, um ein S\/Ti 2 C 3 -Komposit zu erhalten, erreichte die anf\u00e4ngliche spezifische Entladungskapazit\u00e4t 1.291 mAh\/g bei einem Strom von 200 mAh\/g, und die reversible spezifische Kapazit\u00e4t des Zyklus betrug immer noch 970 mAh\/g.<\/div>\n

5. Batterie mit 3 Str\u00f6men<\/h3>\n
Der Forscher Zhang Huamin vom Dalian Institute of Chemistry and Physics der Chinesischen Akademie der Wissenschaften berichtete \u00fcber den Forschungsfortschritt und die Anwendung der Energiespeichertechnologie f\u00fcr Fl\u00fcssigbatterien und stellte den Entwicklungsfortschritt von Fl\u00fcssigbatterieelektrolyten, ionenleitf\u00e4higen Membranen ohne Fluorid und High vor spezifische Leistungsdrossel. Und Forschungsergebnisse im Flow-Batteriesystem. Sie entwickelten einen Flow-Batteriestapel der 32-kW-Klasse mit hoher Leistungsdichte, der bei einer Stromdichte von 120 mA\/cm 2 mit einer Energieeffizienz von 81,21 TP2T geladen und entladen wurde, was eine gro\u00dftechnische Produktion erm\u00f6glicht, von der 5 MW\/10 MWh flie\u00dfen Batterie Das Energiespeichersystem wurde am Netz implementiert.<\/div>\n

6 Fazit<\/h2>\n
Lithium-Ionen-Batterien, Superkondensatoren und Brennstoffzellen stehen nach wie vor im Fokus der Batterieforschung; andere Batterien wie Natrium-Ionen-Batterien, Flow-Batterien und Lithium-Schwefel-Batterien werden ebenfalls entwickelt. Der aktuelle Forschungsschwerpunkt verschiedener Batterietypen liegt nach wie vor in der Entwicklung von Elektrodenmaterialien, um eine h\u00f6here Kapazit\u00e4t, Effizienz, Zyklenleistung und Sicherheitsleistung zu erreichen.<\/div>\n
Einf\u00fchrung in alle Festelektrolytmaterialien<\/div>\n