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科研进展共计 761 条信息

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1 世界首款液流电池电极材料大尺度生长设备问世 2021-06-12

记者6月9日从长沙理工大学获悉,该校丁美、贾传坤教授团队联合多家科研团队,自主研发设计出了世界首款液流电池电极材料大尺度生长设备,并开发出了一种大规模储能钒电池专用的石墨烯复合电极材料,可显著提高钒电池功率密度、能量效率和循环寿命,有效降低钒电池成本。这一技术有望为大规模储能液流电池的商业化电极开发提供新思路。相关成果6月7日发布在我国著名学术期刊《纳米研究》上。 为如期实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和目标,太阳能、风能等新能源开发利用成为研究热点。但新能源发电存在不稳定、不连续等问题,急需研发先进的大规模储能装置和技术。液流电池因循环寿命长、安全可靠、可快速和深度充放电等优点,成为目前最具潜力的大规模储能技术之一。不过,现下发展最为成熟的钒液流电池,依然存在成本高和电池能量密度低的商业瓶颈。 丁美介绍,电极材料是钒电池功率模块成本和电池转化效率高低的决定性因素。该类电池常用的石墨毡或碳毡电极材料,存在比表面积低和催化性能差等缺点,严重影响了电池功率、效率和使用寿命。 团队最新自主研发出的新型大尺寸石墨烯复合电极,可有效提升电极比表面积和对钒离子氧化还原反应的催化性能。实验数据显示,以该石墨烯复合电极组装的钒电池,功率密度较原始电极材料可提升80%以上,同时还表现出了优越的循环稳定性。目前,该成果已完成专利技术转化,进入商业应用孵化和中试阶段。 查看详细>>

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2 物理所等提出高能量密度锂电池新策略 2021-06-12

高能量密度是储能器件未来的重要发展方向,锂离子电池作为性能优异的储能器件在过去几十年被广泛使用。然而,目前传统锂离子电池正极材料的能量密度已经逼近理论值,如何进一步提升能量密度成为研究热点。 全固态金属锂电池作为下一代高能量密度主流技术方案受到广泛关注。理论上电池器件的能量密度在材料层面由其理论能量密度决定,但是在电极层面由于需要引入大量非活性成分(电解质,导电添加剂和粘合剂)用于保障电极材料离子和电子输运能力从而使得电极材料层面的能量密度通常小于材料理论能量密度,在全固态电极中二者差距进一步扩大。因此,如何在电极层面上充分发挥材料的理论能量密度是重要的研究方向。 中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心清洁能源实验室E01组博士生李美莹在中国工程院院士、物理所研究员陈立泉和特聘研究员索鎏敏指导下与美国麻省理工大学教授李巨合作,首次提出采用全电化学活性电极构建全固态电池的新思路。通过采用高电子-离子混合导电活性物质作为正极实现100%全活性物质全固态电极,与金属锂负极搭配,构建出高能量密度全活性物质全固态电池,在该类新型全固体金属锂电池中材料层面的能量密度可以在电极层面得到100%发挥。 全电化学活性全固态电池概念最先在一系列具有电化学活性的高离子-电子过渡金属硫化物材料中实现,并通过与高容量硫正极复合,在电极层面上实现了770Wh/kg和1900Wh/L的能量密度(商用钴酸锂电极层面上的能量密度为480 Wh/kg和1600Wh/L)。预计未来随着更多新型全活性固态电极发现,有望进一步提升全固态电池能量密度,从而实现高能量密度高安全的全固态锂电池。 相关研究成果以Dense all-electrochem-active electrodes for all-solid-state lithium batteries为题,发表在Advanced Materials上。研究工作得到怀柔清洁能源材料测试诊断与研发平台的支持。 查看详细>>

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3 韩国科学家打造出超薄锂金属阳极 2021-06-10

韩国的科学家们在电池研究方面取得了突破性进展,有助于突破能源存储的一个关键瓶颈。锂金属电池架构是极有前途的电池方向,其容量是当今传统锂电池的10倍,而最新研究克服了锂金属电池商业化进程中的一个重要技术难题。 锂金属电池之所以有如此大的前景,是因为纯锂金属的能量密度非常好。科学家希望使用该材料取代现有锂电池中阳极所用的石墨,不过想要将其商业化需要解决很多复杂问题。其中一个关键问题就是和枝晶(dendrites)有关,在电池长时间使用后会在电池阳极表面形成。这些枝晶会刺穿阳极并迅速导致电池短路、失效甚至是起火。 因此,这一领域的许多研究集中在防止树枝状物的形成,我们已经看到了一些有希望的和创造性的解决方案。其中许多侧重于在阳极和电池的电解液之间形成一个保护界面,该界面在循环时在电极之间来回携带电荷。 研究作者、韩国大邱庆北科技学院(DGIST)的李永民(Yong Min Lee)教授说:“锂枝晶的形成在很大程度上取决于锂阳极的表面性质。因此,LMB(锂金属电池)的一个关键战略是在锂表面建立一个有效的固体电解质界面(SEI)”。 Lee和他的同事通过使用金属锂粉作为起点来解决这个问题,这创造了更高的表面积,并能够创建薄而宽的电极。然而,这种技术的一个缺点是表面的不均匀性,这再次导致电池的失败。随后DGIST的科学家们发现,解决方案的可能性在于在锂粉中添加硝酸锂。 在制造过程中预先植入这种化合物,使该团队能够创造出超薄的锂金属阳极,并在表面形成光滑和均匀的界面层。事实证明,这使电池在450次充电循环中保持稳定,其中它保留了87%的容量,并表现出96%的库伦效率。 Lee表示“我们预计,在LMP电极中预先植入锂稳定添加剂将是实现具有高比能量和长循环寿命的大规模锂金属、锂硫和锂空气电池商业化的一个基石”。 查看详细>>

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4 中科院大连化学物理研究所制备出高性能二维钙钛矿太阳电池 2021-06-10

近日,中科院大连化学物理研究所太阳能研究部薄膜太阳能电池研究组(DNL1606)刘生忠研究员团队与陕西师范大学赵奎教授合作,在二维Dion-Jacobson(DJ)钙钛矿成膜控制研究中取得新进展,制备了高效率芳香族二维DJ钙钛矿太阳电池。 近年来,二维有机-无机杂化钙钛矿半导体材料凭借其高的环境稳定性和结构多样性,受到了研究者们的广泛关注。本工作中,合作团队利用原位表征手段,实时追踪二维DJ钙钛矿前驱体溶液反应形成固态薄膜的结晶过程,以及其对量子阱生长,电荷传输、太阳电池性能的影响。 研究发现,在溶液处理过程中,快速提取溶剂可以加快钙钛矿相的成核和生长,避免从中间相到钙钛矿相的间接转变。因此,通过提升薄膜质量、优化量子阱的厚度分布,有利于提高二维钙钛矿太阳电池的电荷传输效率、载流子寿命和迁移率,最终改善电池的短路电流和开路电压,制备出效率为15.81%的器件,这是目前文献可查的芳香族二维DJ钙钛矿太阳电池的最高效率。该研究对指导DJ钙钛矿实现更加优化的光电性能和器件性能具有重要意义。 查看详细>>

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