与LCO相比,镍与钴在结构内的比率可以在相同电压下具有更高的能力,从而可以达到更高的能量密度。这种高能量密度使它们在电动汽车应用中特别有吸引力。自成立以来,NMC阴极的组成已被完善,以追求更高的实用能量密度。新的NMC组成是通过改变组成型过渡金属的比率而创建的,从而将结构推向了更多镍富集。这些组合物包括NMC622(Lini 0.6 MN 0.2 CO 0.2 O 2)和NMC811(Lini 0.8 MN 0.1 CO 0.1 CO 0.1 O 2),这些NMC622(LINI 0.1 CO 0.1 O 2)今天在电池生产中广泛使用。未来的NMC类型材料包括富含锂和锰的阴极材料(LMR-NMC),有望更高的能量密度。由于镍和钴的限制和挥发性供应链,NMC氧化物比LFP型化学物质昂贵,但比LCO便宜。
消除正极材料中关键金属的使用可加速全球可充电锂离子电池的普及。有机正极材料完全来自地球上丰富的元素,原则上是理想的替代品,但由于导电性差、实际存储容量低或循环性差,尚未对无机正极构成挑战。在这里,我们描述了一种层状有机电极材料,其高电导率、高存储容量和完全不溶性使锂离子可以可逆地嵌入,使其能够在电极层面上在所有相关指标上与无机基锂离子电池正极竞争。我们优化的正极可存储 306 mAh g –1 正极,能量密度为 765 Wh kg –1 正极,高于大多数钴基正极,并且可以在短短六分钟内完成充放电。这些结果证明了可持续有机电极材料在实际电池中的操作竞争力。
将固态电池(SSB)解构为物理分离的阴极和固体电解质颗粒,与回收材料的阴极和分离器的再制造也保持密集。为了应对这一挑战,我们设计了超分子有机离子(猎户座)电解质,它们是电池运行温度下的粘弹性固体( - 40°至45°C),但粘弹性液体是100°C以上的粘弹性液体,这既可以使高品质的SSB的制造和恢复生命的生命。SSB与Li金属阳极以及LFP或NMC阴极一起使用猎户座电解质,用于45°C的周期,容量较小,容量较小,容量较小。使用低温溶剂工艺,我们从电解质中分离了阴极,并证明翻新的细胞恢复了其初始容量的90%,并以另外的100个循环维持,其第二寿命的能力保留了84%。
氧化物或复杂氧化物3(例如,LICOO 2,LIMN 2 O 4,LINI 0.6 CO 0.2 MN 0.2 O 4和LIFEPO 4等)4-7,
近年来,我们看到航天工业发生了重大变化,每年发射的卫星数量比以往任何时候都多。据预测,到本世纪末,将有 4.5 倍的航天器被送入太空,这将带来各种挑战 [1]。为了满足日益增长的需求,每颗卫星的生产成本必须降低,而卫星数量的增加将导致必须更频繁地执行防撞机动。这也意味着更多的航天器将需要推进系统来确保安全运行并确保遵守《欧洲空间碎片减缓行为准则》。截至目前,大多数推进系统都在使用肼及其衍生物等剧毒推进剂,因此在处理推进系统组件时需要采取广泛的安全措施。这使得新设备的开发以及现有设备的测试和集成变得复杂,因此成本高昂。即使是电力推进系统也经常依赖氙气等稀缺气体,而氙气的年产量有限,因此推进剂成本对整个推进系统成本有重大影响。这种情况和许多其他原因正在推动人们不断寻找使用绿色推进剂的替代解决方案。最有前途的绿色推进技术之一是水电解推进 (WEP) [ 2 ] [ 3 ]。在这种系统中,航天器在地面上用纯净水代替传统的高反应性推进剂填充。进入太空后,电解器用于将水分解成氢气和氧气。产生的气体随后可储存在较小的中间罐中,或直接用于化学或电动推进器以推动航天器。欧洲的几家公司和大学目前正在开发这项技术,而两个关键部件是推进器和电解器。到目前为止,只有少数电解器曾被发射到太空。
图2:普鲁士白色材料,其立方体和菱形晶体结构。在这些结构中,高旋转过渡金属离子由红色球表示,低旋转过渡金属离子由绿色球体表示。配位polyhedra略微透明,根据其中央原子的颜色进行颜色。氮原子由蓝色球体,灰色球体的碳原子和黄色球体代表。
图4:SE材料对缺陷指标的弹性特性的影响。X轴代表SE Young的模量,不同的曲线代表不同的SE屈服强度。绿色区域是硫化物型SE的杨氏模块(E SE),黄色区域用于氧化物型SE。选择具有较小𝐸()和s的SE材料;可以最大程度地减少机械缺陷。
可充电镁电池有望提供高能量密度,材料可持续性和安全功能,从而吸引了lith岩后电池的研究兴趣。随着MG电解质的进行性开发,具有增强的(电 - )化学稳定性,大量效果已致力于探索高能阴极材料。在这篇综述中,总结了与MG阴极化学相关的最新发现,重点是针对其与阴极宿主的相互作用来促进Mg 2 + di usion的策略。详细阐述了阴极 - 电解质界面的关键作用,在MG系统中仍未探索。强调了对Mg 2 + di usion的动力学局限性优化的方法,从而强调了阴极的快速电化学过程。此外,讨论了绕过大量Mg 2 + di usion的代表性转换化学和协调化学,特别注意其关键挑战和前景。最后,重新审视了单价阴道化学和高容量MG阳极的快速动力学的混合系统,呼吁对这种有希望的策略进行进一步的实际评估。总的来说,目的是提供对阴极化学的基本见解,该见解促进了实用的高性能MG电池的材料开发和界面法规。
将这两个设备共用一个电极进行组装在某些应用中会很有趣,在这些应用中,设备形状因素、便携性和能量生产和存储的分散性是比整体工艺效率更重要的特性。太阳能电化学储能 (SEES) 概念首次由 Hodes 于 1976 年提出 [1],基于光电化学电池,使用 CdSe 作为光电极、S/S − 2 作为氧化还原电解质和 Ag 2 S/Ag 作为阳极。同时报道的太阳能水分解 [2] 和高级氧化过程 [3] 取代了太阳能电化学储能系统的先驱研究,它们取得了更有希望的结果,并且太阳能的利用效率更高。然而,由于社会政治对分散和可持续能源的要求以及电化学能源电源(特别是锂离子电池)和光伏电池(如染料敏化和钙钛矿太阳能电池)的技术进步,近十年来人们对这些研究的兴趣有所增加。尽管人们重新燃起兴趣,但基于插层离子电池的 SEES 系统研究仍然很少。在 21 世纪初期,SEES 系统基于染料敏化太阳能电池。在这些系统中,电解质含有氧化还原对 I 3
本文作者谨代表巴伊兰大学纳米技术与先进材料研究所电化学组、BIU 能源与可持续发展中心和 INERC(以色列国家能源研究联盟)的同事,向 J. Mater. Chem. A 、其编辑和董事会成员祝贺这一重要期刊创刊 10 周年。在过去的十年中,该期刊为材料科学的广阔领域和材料研究界做出了巨大贡献。我们赞扬其有效、诚实的审查流程和在其中发表的高质量论文。我们很自豪能够在这本享有盛誉的期刊上发表许多论文,我们也很荣幸为这本期刊审阅了材料科学、能源相关领域和其他领域的许多高质量报告。我们在此向负责期刊、审查和出版流程的优秀团队表示感谢。我们很高兴将这篇论文提交给这个专题,并相信它能够引起材料科学、储能新材料、计算建模和电化学等跨学科社区的广泛兴趣。