电池电池组装的第一步是悬浮液的沉积,该悬浮液中包含活性材料,将材料和聚合物粘合剂在溶剂上引导到铜线或铝制纤维(浆料制备和涂层)上。这是电极的干燥,日历和尺寸。要提供理想的电化学性能,需要密切控制电池电极的多步制造过程。浆液是一个非常复杂的悬浮系统,其中包含高度粘性介质中不同化学物质,尺寸和形状的大量固体颗粒。彻底混合浆料对于同质性至关重要。浆液的流变特性会影响重要属性:浆液稳定性,易于混合和涂料性能,这会影响完成的电极。组成和应用处理条件可能会影响所得悬浮液的流变。密度和粘度量化了流量的性能,并表征样品内的结构程度以及固体或液体样行为主导的程度。在电极制造过程中,进程成分的粘度尤其重要,并且在电池制造过程(例如涂层)中起关键作用。聚合物粘合剂溶液的粘度会影响涂料性能。它影响了粉末分散在其中的便捷性,混合所需的功率和均匀涂层的施用速度。多孔电极理论(PET)提出了通过实验验证的阳性电极密度与锂离子电池细胞整体性能的相关性。高正电极密度的细胞在低电流速率下显示出略高的放电能力,但在高电流速率下,低正极密度的细胞显示出更好的性能。
• University Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Lyon, France DC01 - Synthesis and scale-up processing of enhanced single ion polymer electrolytes for lithium metal batteries • Grenoble Institute of Technology (GINP), Grenoble, France DC02 - Advanced characterization of interfacial reactivity and ionic charge transport in polymer electrolytes for LMP batteries • Uppsala大学(UU),Uppsala,瑞典DC03- Li-Metal聚合物电池中离子运输和界面现象的多尺度建模•Karlsruhe技术研究所(KIT),Karlsruhe,Karlsruhe,德国DC04-DC04-衡量Polymer Electrification and Sepries Polymer Electrys in High-Irom Electrancion in High-Electerformistion in High-Electer in in High-high infortife in High-high infortif Luxembourg Institute of Science and Technology (LIST), Belval, Luxembourg DC05 - Synthesis of single-ion conducting diblock copolymers combining soft ionic segments and high- performance aromatic blocks • National Institute of Chemistry (NIC), Ljubljana, Slovenia DC06 - Interphases and interfaces in Li/S batteries in all solid-state polymer configurations • Polytechnic都灵大学(POLIO),意大利,意大利DC07-固态LI金属电池的新型聚合物电解质的开发和高级电化学研究•斯德哥尔摩大学(SU),斯德哥尔摩,斯德哥尔摩,瑞典DC08-纳米孔脉动的离子功能分离器Na-ion Nation Contries•西班牙国家研究委员会(西班牙国家综合) - cssic- csic dcsien,Barcely,Barcel,Barcel,普鲁士蓝色类似物中的相关性作为Na-ion电池的正电极活性材料•IFP Energies Nouvelles(IFPEN),法国DC10-solaize-高通量加工和功能多烯烃的双轴拉伸朝向Na-In Inion电池的增强的多孔分离器
Li Metal 23的不稳定性和对阳极保护层的需求。 24在这些区域已经取得了成功,但是,大多数对空气电池的研究都涉及使用纯O 2气体作为正电极的原料,并且仅探索了仅使用低容量的系统(<1 mA H cm-2)。 已重新投入了一些更实用的细胞结构的例子,尽管没有气体处理系统。 25 Kubo和同事描述了一个多层袋细胞,该单元可以在0.5 mA H CM-2,26处存储150 W H Kg细胞-1,而Zhao和同事报告了一个双层小袋池,其容量> 750 w H Kg Cell-1。 27最近,李和同事们展示了一个1200 w h kg的细胞-1折叠式小袋细胞conconguration,大多数电池技术可能都大大超过了特定的能量密度。 28,29个实用的“现实世界” LI - 空气电池将在空气中运行,将电解质暴露于H 2 O和CO 2,它们可以与Li 2 O 2反应,分别产生Lioh和Li 2 CO 3。 30 lioH会导致电解质降解,并且两个盐都具有高氧化电位,这将显着限制细胞的库仑效率。 31,32由于与大气气体对LI - 空气电池运行相关的挑战,“现实世界”开放设备将结合气体处理系统来“擦洗” H 2 O和CO 2的空气33,并且假定两者都需要<10 ppm的浓度。 34Li Metal 23的不稳定性和对阳极保护层的需求。24在这些区域已经取得了成功,但是,大多数对空气电池的研究都涉及使用纯O 2气体作为正电极的原料,并且仅探索了仅使用低容量的系统(<1 mA H cm-2)。已重新投入了一些更实用的细胞结构的例子,尽管没有气体处理系统。25 Kubo和同事描述了一个多层袋细胞,该单元可以在0.5 mA H CM-2,26处存储150 W H Kg细胞-1,而Zhao和同事报告了一个双层小袋池,其容量> 750 w H Kg Cell-1。27最近,李和同事们展示了一个1200 w h kg的细胞-1折叠式小袋细胞conconguration,大多数电池技术可能都大大超过了特定的能量密度。28,29个实用的“现实世界” LI - 空气电池将在空气中运行,将电解质暴露于H 2 O和CO 2,它们可以与Li 2 O 2反应,分别产生Lioh和Li 2 CO 3。 30 lioH会导致电解质降解,并且两个盐都具有高氧化电位,这将显着限制细胞的库仑效率。 31,32由于与大气气体对LI - 空气电池运行相关的挑战,“现实世界”开放设备将结合气体处理系统来“擦洗” H 2 O和CO 2的空气33,并且假定两者都需要<10 ppm的浓度。 3428,29个实用的“现实世界” LI - 空气电池将在空气中运行,将电解质暴露于H 2 O和CO 2,它们可以与Li 2 O 2反应,分别产生Lioh和Li 2 CO 3。30 lioH会导致电解质降解,并且两个盐都具有高氧化电位,这将显着限制细胞的库仑效率。31,32由于与大气气体对LI - 空气电池运行相关的挑战,“现实世界”开放设备将结合气体处理系统来“擦洗” H 2 O和CO 2的空气33,并且假定两者都需要<10 ppm的浓度。34
必须同时开发具有成本效益,高效且稳定的储能技术,以使可再生能源的可持续性和稳定应用成为现实。事实证明,电力储能(EES)系统在存储从可再生能源为实用应用中产生的电力的电力方面有一个巨大的希望。[9–17]如图1所示,可以将EES系统简要分类(通过以锂离子电池为例),超级电容器和金属离子混合电容器,它们具有不同的特性。众所周知,由于其高能量密度,锂离子电池是电力存储和输送应用的主要EES系统之一。但是,锂离子电池在可再生能源存储和交付中的大规模应用受到锂资源的高成本以及锂离子电池本身的不受欢迎的特征(例如有限的循环寿命和低功率密度)。[18-21]此外,超级速度(也称为电化学电容器)是EES系统的另一种必需类型。它具有高功率密度和较长的周期寿命,但与锂离子电池相比,能量密度不足。[22–24]为了同时实现高能和功率密度,金属离子杂种电容器的概念已经出现。[25–27]和作为概念证明,将锂离子杂种电容器(LIHC)用纳米结构的Li 4 Ti 5 O 12作为负电极材料制成,并活化的碳为非水晶中的正电极材料。[28]提出了金属离子杂种电容器,以有效地结合了蝙蝠和超级电容器的优势,同时最大程度地提高了功率和能量。此外,金属离子混合动力电容器可以消除电池的内在缺点,例如安全性差和严重的自我放电,同时继承了超级电容器长期循环稳定性的优点。,重要的是要注意,这些优点并不意味着金属离子混合动力电容器可以替换电池和超级电容器,尤其是在当前阶段,因为金属离子混合电容器仍然面临几个挑战,尤其是关于可实现的能量和功率密度。在不同类型的金属杂种电容器中,LIHC是具有商业化产品的相对成熟的技术。但是,LIHCS的致命缺点是锂资源的不均匀分配和高成本,这导致了
金属空气电池是一种电化学能源存储装置,它利用金属与空气中的氧气的反应来产生电能。金属通常用作阳极(负电极),而来自空气的氧气用作阴极(正电极)。Mental-Air电池有可能提供高能密度,长期循环寿命和低成本,这使它们在各种应用中使用,例如电动汽车,可移动电动汽车,便携式电动机和代理能量存储。有几种类型的金属空气电池,包括锌空气,铝 - 空气和锂空气电池。每种类型都有其独特的特征和性能,但它们都依赖于使用空气中的氧气与阴极相同的基本原理。开发金属空气电池的主要挑战之一是寻找提高其效率和耐用性的方法,并解决与金属阳极腐蚀以及阴极对空气的渗透性有关的问题。尽管存在这些挑战,但金属空气电池仍有可能彻底改变我们存储和使用能源的方式,并且在该领域的研究继续迅速发展。金属空气电池是一种电化学能源存储装置,可将存储在金属和大气氧中的化学能转换为电能。这些电池通过用氧气从空气中的多孔阴极中氧化金属阳极(通常是锌或铝)来起作用。该反应在阳极和阴极之间产生电压差,可用于为电动设备供电。金属空气电池的优点包括其高能密度,低成本和丰富的原材料。它们也有可能比传统电池更环保,因为它们不含有毒的重金属或其他有害化学物质。但是,金属空气电池也存在一些挑战,例如循环寿命有限,由于涉及金属的高度反应性而引起的安全问题以及对气管的需求,这可能导致腐蚀和电解质干燥的问题。尽管存在这些挑战,但仍开发了用于各种应用的金属空气电池,包括电动汽车,便携式电子设备和网格尺度储能。进行研究的重点是提高其性能,耐用性和安全性,并使它们成为传统电池的实用和竞争性替代品。
已经证明,锂,钠,钠和钾离子在水溶液中,可以使S电极的动力学和完整电池的性能受益。10,17个流量电池(FBS)将满足上述要求。18 FBS最具吸引力的特征是设计灵活性,使功率和能量的设计灵活性克服了水溶液电池(AZSBS)的低排放高原问题。Zn-S夫妇已经在实心悬架流量电池中进行了测试,并且仅显示潜在电流响应,没有骑自行车的性能。19 Zn,S和Zn的固体到固相变的缓慢固体转移反应阻碍了骑自行车的性能。使用阳离子交换膜可以使Zn – S系统可充电,避免同时避免使用Zn-S系统,像多硫化物 - 碘,20多硫化物 - 二酰胺,21多硫化物 - 锰酸22和S-Manganese 23 FBS一样。 尽管已广泛开发了Zn-S电池,基于Zn的FBS,但尚未探索Zn – S流动系统。 24在本文中,我们首次演示了碱性Zn -s Flow Battery(AZSFB)。 溶解在碱性溶液中的活性材料,在5 mA cm 2时使排放高度为0.5 V。 同时,通过两步过程制备了无粘合镍的电极,以改善S氧化还原反应的动力学。 所制备的电极由微纳米化缺陷和镍氧化物颗粒组成,在半细胞测试和FBS中,S氧化还原反应的极化大大降低了。像多硫化物 - 碘,20多硫化物 - 二酰胺,21多硫化物 - 锰酸22和S-Manganese 23 FBS一样。尽管已广泛开发了Zn-S电池,基于Zn的FBS,但尚未探索Zn – S流动系统。24在本文中,我们首次演示了碱性Zn -s Flow Battery(AZSFB)。溶解在碱性溶液中的活性材料,在5 mA cm 2时使排放高度为0.5 V。同时,通过两步过程制备了无粘合镍的电极,以改善S氧化还原反应的动力学。所制备的电极由微纳米化缺陷和镍氧化物颗粒组成,在半细胞测试和FBS中,S氧化还原反应的极化大大降低了。因此,使用该正电极的AZSFB的电压效率(VE)达到了10 mA CM 2时的78%,几乎是使用epristineGrapheenefelt(GF)Electerode.withlowCostandHigh理论能力的两倍,该AZSFB具有巨大的进一步研究潜力。在构造新系统FB之前,进行了环状伏安法(CV),以测试Active
ab5-金属合金(例如LANI5)能够分别充电和放电,能够分别充电和放电,能够进行可逆的氢气吸收/解吸反应。这是镍金属氢化物电池中最受欢迎的电极。吸收 - 通过化学或分子作用占用另一种材料或保留一种材料。累加器 - 可充电电池或电池(另请参见辅助电池)。酸电池 - 用作电解质的电池,例如,铅酸电池,其中硫酸为电解质。主动材料 - 电极材料,在电荷实际容量中存储的化学能在排放过程中产生电能 - 通常以安培小时或毫安小时表示的总电池容量可用于执行工作。特定电池的实际容量取决于许多因素,包括截止电压,排放率,温度,充电方法以及电池的年龄和寿命。agm(吸收玻璃垫) - 一种非编织的分离材料几乎完全由玻璃微纤维组成,这些玻璃微纤维吸收和保留电解质,在电池中没有免费的电解质来溢出。用这种材料制造的 VRLA电池通常称为“ AGM”电池。 碱性 - 经常用于长时间需要重电流的电子应用中的主电池(不可用)(即 :CD播放器,收音机等)。 碱性电池可以比相同尺寸的传统碳/锌电池提供50-100%的总能量,因此它们在消费者应用中的受欢迎程度。VRLA电池通常称为“ AGM”电池。碱性 - 经常用于长时间需要重电流的电子应用中的主电池(不可用)(即:CD播放器,收音机等)。碱性电池可以比相同尺寸的传统碳/锌电池提供50-100%的总能量,因此它们在消费者应用中的受欢迎程度。碱性储物电池 - 电池使用碱性水溶液的电解液。设计的镍 - 加德米电池。合金 - 其他几种金属或金属和非金属的混合物。交流发电机 - 汽车中用于产生电流的一种发电机。环境湿度 - 周围环境的平均湿度。环境温度 - 周围环境的平均温度。安培(AMP,A) - 通过电路的电子流速或电流的度量单位。安培小时(AMP-HRS,AH) - 电池电气存储容量的测量单位,通过将安培中的电流乘以排放的时间来获得。(示例:提供5安培的电池20小时可提供5安培x 20小时= 100安培的容量。)安培小时的容量 - 可以在一次放电时通过电池输送的安培小时数量。阳极 - 放电期间,电池的负电极为阳极。在充电过程中,逆转和电池的正电极是阳极。阳极将电子放在负载电路上并溶解到电解质中。水电池 - 带有水基电解质的电池。电解质可能不会是液体的,因为它可以被电池的分离器吸收。组装电池 - 由多个电池组成的任何电池。
分类为电导体的材料具有有效携带或运输电流的能力,而由于内部电子的移动有限,绝缘子无法这样做。电子流经物质的易于性主要取决于它们可以轻易地经过其原子和原子核的方式。铁和钢等材料是示例性的导体,而玻璃和塑料等物质的电导率较差。价电子在电导传导中的作用不能夸大;这些最外面的电子与他们的父原子松散结合,并且可以相对容易从其位置移开。易于获得或损失电子的无机材料通常显示高电导率,而有机分子由于将它们固定在一起的强共价键而倾向于绝缘。有趣的是,某些材料可能会根据其组成而表现出不同水平的电导率;例如,纯净水是一种绝缘子,但脏水在某种程度上导致电力。添加杂质或与其他元素掺杂可以显着改变材料的电导率。在电导体中,由于普通条件下的高电导率,银是最好的。然而,它对破坏的敏感性和随后降低电导率的氧化物层的形成不可忽视。相反,经常在需要电流控制的应用中使用强大的绝缘子,例如橡胶,玻璃和钻石。某些材料在极低的温度下成为超导体。材料的形状和大小在确定其电导率水平方面也起着至关重要的作用;较厚的碎片通常表现出比较薄的电导性能更好。此外,温度波动会影响电导率水平,而温度通常会导致材料内的电子迁移率提高。大多数材料根据温度和其他因素表现出不同水平的电导率。凉爽的金属通常是好的导体,而热金属的效率往往降低。传导本身有时会改变材料的温度。在导体中,电子自由流动而不会损害原子或引起磨损。但是,移动电子确实会遇到阻力。因此,流经导电材料的电流会加热它们。金属和等离子体通常是好的导体,这是由于其价电子的移动性。绝缘子通常由有机分子组成,主要由牢固的共价键组合在一起,使电子很难流动。掺杂或杂质等因素也会影响电导率,如纯净水是绝缘体,但由于自由浮动离子而导致的盐水。所有材料都可以根据表1。表1:导体,绝缘体和半导体特性铜是一个众所周知的导体,以最小的对立传递电流。橡胶是一种绝缘子,通常用于涂上用于电动工作的工具手柄。van de Graaff在1930年代。需要极高的电压才能迫使橡胶进入传导。石墨,一种碳的形式,用作半导体,限制了给定电压产生的电流量。在本文中,我们探讨了导体,绝缘体和半导体的一些特征。导体导体是一种对电子流(电流)几乎没有反对的材料。由于其电阻较低,因此通过它产生电流所需的能量很少。最好的导体具有最低的电阻,使其非常适合传输电流。一个原子的价壳决定其电气特性,其价值壳电子和单位体积原子的数量影响电导率。绝缘子绝缘子是具有极高电阻的材料,可防止电流流动。例如,电源线上的绝缘材料可防止电流在接触时到达您。一些元素,例如霓虹灯,是天然绝缘体。用于保护技术人员的常见绝缘子包括橡胶,特氟龙和云母等化合物。正如预期的那样,导体和绝缘子具有相反的特性,绝缘子具有完整的价壳,单位体积的原子很少。半导体的任何表现出导体和绝缘子之间中间电导率的元素都可以视为半导体。半导体:当面对明显的电阻时,导体和绝缘子铜之间具有耐药性的材料最小的对立变得显而易见。当原子紧密相互作用时,它们的能级堆在一起。等式1实现了两个主要目的:它使我们能够计算利息并揭示利息价值及其变量之间的关系。例如,等式1说明$ r = \ rho \ frac {l} {a} $,证明电阻与电阻率,长度和与横截面面积成反比成正比。此外,温度由于温度系数而影响导体的电阻率,导体随着温度的升高而升高。回顾问题概述了导体,绝缘体,半导体的定义,并解释了电导率如何由价电子和原子密度确定。电阻率定义为特定材料体积的电阻,通常以CMIL-ω/FT或ω-CM单位测量。导体表现出正温度系数,表明随着温度升高的耐药性增加。这种基本的理解将材料根据电导率的电导率分类为导体,绝缘体和半导体。例如,如果两个原子连接,则与单个原子相比,相邻能级的数量将是两倍。随着越来越多的原子融合在一起,这种模式继续存在,形成了多个层次的集群。在固体中,许多原子会产生大量的水平,但是大多数高能级均融合到连续范围内,除了根本不存在的特定差距。这些没有级别的区域称为带隙。电子占据的最高能量簇被称为价带。这种现象用于保护与保险丝的电路。导体具有部分填充的价带,具有足够的空位,使电子可以在电场下自由移动。相比之下,绝缘子完全填充了其价带,并在其之间留下了很大的差距。这个较大的间隙可防止电子移动,除非有足够的能量越过。半导体在价和传导带之间的差距较小。在室温下,由于热能,价带几乎已经满,导致某些电子转移到传导带中,它们可以在外部电场下自由移动。Valence带中留下的“孔”表现就像正电荷载体。温度较高的材料倾向于增加对电流的抵抗力。例如,5°C的温度升高可提高铜的电阻率2%。相反,由于电子在传导带中的填充水平升高,绝缘体和半导体的电阻率降低,它们可以在外部电场下移动。价和导带之间的能量差会显着影响电导率,较小的间隙导致温度较低的电导率较高。分子由于放射性元件和宇宙射线的辐射而分离为离子,使大气导电中的某些气体产生。电泳根据颗粒在电解溶液中的迁移率分离。欧姆加热会在电流流过电线时,如电线或灯泡所示。电阻器中消散的功率由p = i^2r给出。但是,在某些材料中,由于碰撞而导致的能量损失在低温下消失,表现出超导性。发生这种情况是因为电子会失去对声子的能量,但是在超导体中,通过电子和材料之间的复杂量子机械相互作用来阻止这种能量损失。常用的超导体是一种niobium and Titanium合金,它需要冷却至极低的温度才能表现出其性质。在较高温度下发现超导性能彻底改变了各个领域,从而实现了液氮而不是昂贵的液态氦气。这一突破为电力传输,高速计算等中的应用铺平了道路。12伏汽车电池展示了如何通过化学反应或机械手段来利用电动力。Van de Graaff Generator是Robert J.由于其概念上的简单性,这种类型的粒子加速器已被广泛用于研究亚原子颗粒。该设备通过将正电荷运送到绝缘输送带上的正电荷从基部到导电圆顶的内部,在那里将其移除并迅速移动到外面。带正电荷的圆顶会产生一个电场,该电场排斥额外的正电荷,需要工作以保持传送带的转动。在平衡中,圆顶的电势保持在正值下,电流从圆顶流向地面,并通过在绝缘带上的电荷运输均衡。这个概念是所有电动力来源的基础,在该源中,在单独的位置释放了能量以产生伏特细胞。一个简单的示例涉及将铜和锌线插入柠檬中,从而在它们之间产生1.1伏的电势差。“柠檬电池”本质上是一个令人印象深刻的伏特电池,能够仅产生最小的电力。相比之下,由类似材料制成的铜锌电池可以提供更多的功率。此替代电池具有两种溶液:一种含有硫酸铜,另一种含硫酸锌。氯化钾盐桥通过电气连接两种溶液。两种类型的电池都从铜和锌之间电子结合的差异中得出了能量。能量,从电线中取出游离电子。同时,来自电线的锌原子溶解为带正电荷的锌离子,使电线具有多余的自由电子。这会导致带正电荷的铜线和负电荷的锌线,该锌线被盐桥隔开,该盐桥完成了内部电路。一个12伏铅酸电池由六个伏特电池组成,每个电池串联连接时大约产生大约两个伏特。每个细胞都具有并行连接的正极和负电极,为化学反应提供了较大的表面积。由于材料经历化学转换的速度,电池会递送更大的电流。电池电位为1.68 + 0.36 = 2.04伏。在铅酸电池中,每个伏电池都包含纯海绵状铅和氧化铅的正电极的负电极。将铅和氧化铅溶解在硫酸和水中。在正电极下,反应为PBO2 + SO -4- + 4H + + 2e-→PBSO4 + 2H2O +(1.68 V),而在负末端,它是Pb + SO -4-→PBSO4-→PBSO4 + 2e- +(0.36 V)。通过汽车发生器或外部电源为电池充电时,化学反应会反转。60Ω电阻连接到电动力。字母A,B,C和D是参考点。源将点A保持在电势12伏高于点D,从而导致VA和VD之间的12伏的电势差。由于点A和B通过具有可忽略的电阻的导体连接,因此它们具有相同的电势,并且点C和D具有相同的潜力。因此,整个电阻的电势差也为12伏。可以使用欧姆定律计算流过电阻的电流:i = va -vd / rb。代替给定值,我们得到i = 0.2安培。可以使用等式(22):p = i^2 * R计算热量中消散的功率。插入值,我们得到p = 0.04瓦。当热量来自电动力源时消散的能量。该源在将电荷DQ从点d到点A移动的工作中所做的工作由dw = dq *(va -vd)给出。电池传递的功率是通过将DW除以DT获得的,导致P = 2.4瓦。如果两个电阻串联连接,则等效电阻是个体电阻的总和:rab = r1 + r2。使用R1和R2的给定值,我们获得RAB =7Ω。并行连接两个电阻时,电荷具有从C到D流动的其他路径,从而降低了整体电阻。可以使用等式(20):1/rcd = 1/r1 + 1/r2计算等效电阻的值。代替给定值,我们获得RCD = 1/0.7 =1.43Ω。在阻抗为2欧姆或5欧姆的情况下,值得注意的是,这些方程式可以相对轻松地适应多种电阻。