當(dāng)前位置: 電池聯(lián)盟網(wǎng) > 星聞 >
“脆”錳披鐵“甲”，電池鑄“金身”
時間:2021-12-20 09:32來源:中國科學(xué)報 作者:王昊昊
點(diǎn)擊:
次
錳基普魯士藍(lán)具有低成本、高容量和高工作電壓等優(yōu)勢，成為最具潛力的鉀離子電池正極材料。
但在循環(huán)過程中，錳基普魯士藍(lán)易溶解至電解液中致使容量衰減，阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。
湖南大學(xué)物理與微電子科學(xué)學(xué)院教授魯兵安團(tuán)隊(duì)，通過原位電化學(xué)的方式，在錳基普魯士藍(lán)表面構(gòu)建了理想的梯度鐵錳界面，實(shí)現(xiàn)了水系鉀離子電池的超13萬次穩(wěn)定循環(huán)。
這好比為“脆弱”的錳披上“盔甲”，讓它能夠擁有“金身”、充分發(fā)揮性能。
該研究成果近日發(fā)表于《自然—可持續(xù)發(fā)展》。
蓋軍民正在進(jìn)行鉀離子電池實(shí)驗(yàn)。王健為攝
尋找可持續(xù)儲能那片“藍(lán)”
可持續(xù)儲能技術(shù)的突破是發(fā)展可再生能源的有力支撐。
目前，我國抽水蓄能接近飽和，新型儲能技術(shù)成為增量主體；鋰電池目前主導(dǎo)儲能產(chǎn)業(yè)，近90%的儲能項(xiàng)目都是鋰電池項(xiàng)目，鋰資源的回收及開發(fā)新型儲能系統(tǒng)也是必然趨勢。
“綜合安全和成本等因素，基于水系電解液的鉀離子二次電池將成為下一代儲能系統(tǒng)的重要選項(xiàng)。然而，由于傳統(tǒng)電極材料在水系電解液中極易溶解，限制了水系電池在儲能領(lǐng)域中的大規(guī)模應(yīng)用。抑制或者消除電極材料的溶解是目前水系鉀離子電池領(lǐng)域亟待解決的核心問題。”魯兵安說。
他指出，解決該核心問題最大的難點(diǎn)是如何在不損失比容量甚至提高比容量的前提下，抑制或者消除電極材料在水性電解液中的溶解。
“也就是說，不能單純?yōu)榱艘种迫芙舛种迫芙猓枰獏f(xié)同提升，因?yàn)殚L循環(huán)壽命和高比容量對電池同樣重要，不能為了循環(huán)壽命而不兼顧比容量。”
如何找到抑制溶解的最佳材料？2019年，研究論文第一作者、湖南大學(xué)物理與微電子科學(xué)學(xué)院博士蓋軍民和團(tuán)隊(duì)成員在項(xiàng)目初期選取電極材料時，最先選擇了鐵基普魯士藍(lán)而非錳基普魯士藍(lán)。
他們使用測試過鐵基普魯士藍(lán)后的舊電解液來測試錳基普魯士藍(lán)，發(fā)現(xiàn)錳基普魯士藍(lán)在舊電解液中表現(xiàn)出超長的循環(huán)穩(wěn)定性和較高的容量，而在新電解液中的電化學(xué)性能則表現(xiàn)極差。
同一種材料，為什么會在新舊兩種電解液中表現(xiàn)差別這么大？
“我們對舊電解液進(jìn)行了電感耦合等離子體表征等系列研究，發(fā)現(xiàn)這一差別的源頭是舊電解液中包含鐵離子。為此，團(tuán)隊(duì)通過在電解液中添加不同劑量和不同類型的鐵鹽進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探索，并對其反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行研究。”蓋軍民說，為了尋找那片正確的“藍(lán)”，團(tuán)隊(duì)幾乎對實(shí)驗(yàn)室里所有的金屬離子進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。
為錳鑄“金身”
錳基普魯士藍(lán)成為最具潛力的鉀離子電池正極材料，但在循環(huán)過程中，易于溶解至電解液中，致使容量衰減，阻礙其實(shí)際應(yīng)用。
為此，蓋軍民等通過原位電化學(xué)方式，在錳基普魯士藍(lán)表面構(gòu)建了理想的梯度鐵錳界面。
與傳統(tǒng)的錳基普魯士藍(lán)相比，原位表面修飾的界面不僅可以抑制錳基普魯士藍(lán)內(nèi)部錳的溶解，還增強(qiáng)了鉀離子的擴(kuò)散勢壘，從而大幅度提升了電池的循環(huán)性能和倍率性能。
該團(tuán)隊(duì)通過理論和實(shí)驗(yàn)，證明了陽離子原位表面取代的過程。
他們發(fā)現(xiàn)，通過原位表面陽離子修飾的錳基普魯士藍(lán)正極，在電流密度為300毫安每克和2500毫安每克的情況下放電容量分別為160毫安時每克和120毫安時每克，循環(huán)13萬次后容量未見明顯衰減，組裝的全電池可穩(wěn)定循環(huán)6000次以上。
“在我們的電解液中，循環(huán)過程中電極材料的錳溶解在預(yù)留的空位會被電解液中的鐵離子占據(jù)，這一過程直到電解材料錳擁有堅(jiān)固‘金身’才停止。”蓋軍民說。
此外，團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，原位表面取代策略下的水系鉀離子全電池在零下20攝氏度時容量為常溫下的80%，在50攝氏度時容量約為常溫下的110%，顯示出優(yōu)良的高低溫性能。
全電池經(jīng)過裁剪后仍可以繼續(xù)工作，體現(xiàn)出水系電池的高安全性。
魯兵安表示，這些實(shí)驗(yàn)表明電化學(xué)儲能器件可以實(shí)現(xiàn)超長壽命，有望應(yīng)用于大規(guī)模儲能系統(tǒng)中。
更長的循環(huán)壽命意味著更少的資源消耗，這將大大降低制造成本，希望這項(xiàng)研究為超長壽命的電化學(xué)儲能提供借鑒。
該研究也將為合理設(shè)計氧化還原活性錳基高性能電池正極材料提供新方案。
“儲能電池必須實(shí)現(xiàn)長壽命。”魯兵安表示，中國在電化學(xué)儲能尤其是鋰離子電池、全釩液流電池等方面的研發(fā)和應(yīng)用處于國際先進(jìn)水平，已涵蓋關(guān)鍵材料、全電池、性能測試及分析、產(chǎn)業(yè)化等領(lǐng)域，但不同實(shí)驗(yàn)室的研究各有側(cè)重，沒有形成一個完整的體系，資源整合度不夠，這需要長時間的摸索與改進(jìn)。
儲能表面上是一個應(yīng)用性的學(xué)科，但其基礎(chǔ)研究和基礎(chǔ)知識儲備更加重要，要不斷加強(qiáng)基礎(chǔ)研究。
免責(zé)聲明：本文僅代表作者個人觀點(diǎn)，與中國電池聯(lián)盟無關(guān)。其原創(chuàng)性以及文中陳述文字和內(nèi)容未經(jīng)本網(wǎng)證實(shí)，對本文以及其中全部或者部分內(nèi)容、文字的真實(shí)性、完整性、及時性本站不作任何保證或承諾，請讀者僅作參考，并請自行核實(shí)相關(guān)內(nèi)容。
凡本網(wǎng)注明 “來源：XXX（非中國電池聯(lián)盟）”的作品，均轉(zhuǎn)載自其它媒體，轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)和對其真實(shí)性負(fù)責(zé)。
如因作品內(nèi)容、版權(quán)和其它問題需要同本網(wǎng)聯(lián)系的，請?jiān)谝恢軆?nèi)進(jìn)行，以便我們及時處理。
QQ：503204601
郵箱：cbcu@cbcu.com.cn
凡本網(wǎng)注明 “來源：XXX（非中國電池聯(lián)盟）”的作品，均轉(zhuǎn)載自其它媒體，轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)和對其真實(shí)性負(fù)責(zé)。
如因作品內(nèi)容、版權(quán)和其它問題需要同本網(wǎng)聯(lián)系的，請?jiān)谝恢軆?nèi)進(jìn)行，以便我們及時處理。
QQ：503204601
郵箱：cbcu@cbcu.com.cn
猜你喜歡
-
行業(yè)低調(diào)大佬，市值超2000億，要把家鄉(xiāng)打造成中國鋰電池之都
2021-06-09 10:17 -
造電池造出來的“賭神首富”
2021-05-17 09:11 -
這位北大科學(xué)家，在三間小屋里描繪電池的未來
2021-05-11 10:52 -
二次水系離子電池開辟電池技術(shù)發(fā)展新路徑
2020-11-30 10:17 -
中國工程院院士陳立泉：四十余載 致力于我國鋰電池研究
2020-11-20 11:31 -
執(zhí)著“鈉”十年 鈉離子電池迎來“破曉”
2020-10-26 10:14 -
曾毓群，國產(chǎn)“鋼鐵俠”
2020-10-23 09:12 -
錢權(quán)：堅(jiān)持品質(zhì)與服務(wù)并重，相信天能
2020-07-13 11:51 -
楊亭亭：嚴(yán)守電池檢測關(guān)的“女將”
2020-05-07 08:29 -
華中科技大學(xué)教授黃云輝： 給電池“健康”做個“C超”
2020-04-12 16:38
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
專題
相關(guān)新聞
-
行業(yè)低調(diào)大佬，市值超2000億，要把家鄉(xiāng)打造成中國鋰電池之都
2021-06-09 10:17 -
造電池造出來的“賭神首富”
2021-05-17 09:11 -
這位北大科學(xué)家，在三間小屋里描繪電池的未來
2021-05-11 10:52 -
二次水系離子電池開辟電池技術(shù)發(fā)展新路徑
2020-11-30 10:17 -
中國工程院院士陳立泉：四十余載 致力于我國鋰電池研究
2020-11-20 11:31 -
執(zhí)著“鈉”十年 鈉離子電池迎來“破曉”
2020-10-26 10:14 -
曾毓群，國產(chǎn)“鋼鐵俠”
2020-10-23 09:12 -
錢權(quán)：堅(jiān)持品質(zhì)與服務(wù)并重，相信天能
2020-07-13 11:51
本月熱點(diǎn)
-
人大代表建議：研發(fā)推廣“鈉”“氫”等元素為主的電池
2022-03-10 10:37 -
2月國內(nèi)動力電池月度數(shù)據(jù)出爐，裝車量同比上升145.1%
2022-03-11 17:51 -
誰「壓垮」了三元鋰電池？
2022-03-22 10:07 -
原材料價格持續(xù)上漲 鋰電上下游冰火兩重天
2022-03-31 11:03 -
特斯拉4680電池，新能源時代的正確路徑
2022-03-23 12:00 -
鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化元年：創(chuàng)業(yè)公司圖譜
2022-03-27 11:50 -
挑戰(zhàn)寧德時代比亞迪，蜂巢能源“幾斤幾兩”？
2022-03-21 09:20 -
蜂巢能源董事長兼首席執(zhí)行官楊紅新：體系化競爭時代來臨
2022-03-17 11:45
©2017 版權(quán)所有 電池聯(lián)盟 華杰永泰科技（北京）有限公司 承辦 Power by DedeCms
價值成就行業(yè)品牌！竭誠為您提供最新最熱的資訊
京ICP備09081210號
價值成就行業(yè)品牌！竭誠為您提供最新最熱的資訊
京ICP備09081210號
企業(yè)微信號
微信公眾號