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上海硅酸盐新型高比能量水电池的研究进展

来源:大连空压机机械科技有限 作者:大连空压机压力表 时间:2020-06-01 12:55 点击量:

基于水电解质的储能电池具有安全性高、成本低、倍率性能优异的特点,近年来发展迅速。然而,含水电解质的电化学窗口相对较窄(1.23伏),导致这种类型的电池具有同样低的工作电压。此外,水基电池电极材料的选择相对严格,不变性和比容量都需要大力提升。低工作电压和低能量密度等瓶颈使得水基电池的规模化应用面临巨大挑战。

电解质是一个常用术语,广泛用于不同行业。生物体内有电解质(也称为电解质),电池行业使用电解质,电解电容器、超级电容器和其他行业使用电解质。

不同行业使用的电解液成分差异很大,甚至完全没有交流。

例如,人体的电解质主要由水和氯化钠、酸碱度缓冲物质等组成。铝电解质电容器的电解液含有GBL等主溶剂,超级电容器的电解液含有碳酸丙烯酯或乙腈,锂锰原电池的电解液含有碳酸丙烯酯、乙二醇二甲醚等主溶剂。锂离子电池电解液含有碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯等主要溶剂。它们各自的导电盐是完全不同的,例如人体中的氯化钠、超级电容器电解液中的四氟硼酸四乙基铵、锂锰一次电池中常用的高氯酸锂或三氟甲磺酸锂,以及锂离子电池中的六氟磷酸锂。

最近,中国科学院上海硅酸盐研究所研究员刘玉和副研究员迟肖伟领导的研究小组提出了酸碱隔离电解质和双烧蚀/沉积电极混响的思想,研制出一种新型高能量密度(1503 Whkg-1,基于正极活性物质)的水电池。该系统采用双极膜隔离酸碱电解液,并利用电极电位对电解液酸碱度的依赖性,将电解液的电化学常数窗口拓宽至3 V。同时,电池的正负电极采用烧蚀/沉积反射(负电极:锌/锌(羟基)42;正电极:Mn2 /MnO2),因此正电极和负电极的理论比容量高达616 mAh g-1和820 mAh g-1。

测试表明,该电池具有高库仑效率(98.4%)、优异的循环性能(1500次循环后97.5%的容量连接率)和放大特性。

库仑效率(Coulombic efficiency),也称为放电效率,是指同一循环中电池放电容量与充电容量的比率,即放电容量与充电容量的百分比。对于正极材料,它是锂嵌入容量/锂去除容量,即放电容量/充电容量;对于负极材料,它是除锂容量/锂嵌入容量,即充电容量/放电容量。

基于反应系统构建的液流电池显示出最小的衰减,在6,000次循环后具有99.5%的容量连接率。相关研究的功效在《进步能源材料》(高级能源材料),2020,DOI : 10.1002/AENM.201903589中揭示,并在杂志封面上介绍。该研究也为高电压、高比能量水电池的发展提供了新的思路。

资料来源:大连空压机修理厂和上海硅酸盐研究所百科全书

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