来自生物质废弃物资源(如燕麦、稻壳、甘蔗渣、香蕉皮、花生壳、苹果渣和玉米芯)的硬碳因优异的可逆容量以及成本和可持续性考虑而受到广泛关注。[6–12] 生物质的天然微观结构在碳化后依然存在,提供大量缺陷和孔隙以及随机取向的伪石墨域。[13] 固有的通道和孔隙创建了相互连接的 3D 结构,改善了电解质的渗透并提供更多的钠通道和离子缓冲库。[14] 此外,一些剩余的杂原子(N、S、P 等)可以通过直接电化学活性共价键或通过引入产生电子受体态的碳空位缺陷来提供更多的储存位点。[15]
这项工作是由美国能源公司联盟(Alliance for Sustainable Energy,LLC)经营的国家可再生能源实验室为美国能源部(DOE)根据合同编号DE-AC36-08GO28308。这项研究得到了美国能源部的车辆技术办公室的支持,由布莱恩·坎宁安(Brian Cunningham)执导的硅财团项目,由安东尼·伯雷尔(Anthony Burrell)管理。美国政府保留和出版商,通过接受该文章的出版物,承认美国政府保留了不可限制的,有偿的,不可撤销的,全球范围内的许可,以出版或复制这项工作的已发表形式,或允许其他人这样做,以实现美国政府的目的。
本研究由美国能源部硅谷联盟项目下的车辆技术办公室资助,由 Brian Cunningham 指导,Anthony Burrell 管理。本研究部分由可持续能源联盟有限责任公司 (Alliance for Sustainable Energy, LLC) 开展,该公司是美国能源部 (DOE) 国家可再生能源实验室的管理者和运营商,合同编号为 DE-AC36-08GO28308。本文表达的观点不一定代表美国能源部或美国政府的观点。美国政府保留;出版商接受本文发表即承认美国政府保留非独占、已付费、不可撤销的全球许可,可出于美国政府目的出版或复制本作品的已出版形式,或允许他人这样做。
锂离子电池(LIB)的大多数高容量阳极材料需要碳质基质。在这种情况下,一种有希望的材料是氧化石墨烯(RGO)。在此,我们介绍了RGO对其物理化学特性(例如结晶度,特定表面积),电导率和电化学静态/划界行为等不同还原度的影响。发现在惰性和减少气氛下进行的热处理将RGO的远距离顺序提高到700°C的温度。在1000°C左右的温度下,结晶度降低。随着氧含量的降低,可以观察到周期1期间不可逆能力的线性降低,并且电导率的显着增加。尽管表面积增加,但可以观察到不可逆转的能力下降,这表明氧含量对容量损失的影响越明显。因此,由于降低热量,可逆能力不断增加至碳含量为84.4%。与期望相反,能力随着进一步的降低而降低。这可以通过将可逆的官能团的丧失和远程顺序降低,这可以解释,如DQ/DU分析与XRD分析结合得出的那样。©2023作者。由IOP Publishing Limited代表电化学学会出版。[doi:10.1149/1945-7111/ace70a]这是根据Creative Commons Attribution 4.0许可(CC by,http://creativecommons.org/licenses/ by/4.0/)分发的开放式访问文章,如果原始工作适当地引用了原始作品,则可以在任何媒介中不受限制地重复使用工作。
构建3D锂金属阳极已被证明是解决液体电池中其树突问题的最有效的策略。然而,由于无机固体电解质(SES)的刚性,这种有前途的方法已被证明是在全稳态LI金属电池(ASSLMB)中继承的挑战,这限制了界面固体 - 固体固体离子的接触。在此,一个3D li阳极是通过卤化物SES和Li Metal之间的自发化学反应为ASSLMB构建的。在3D结构内部形成的原位形成的Li-合金和良好的硫磺是连续电子和Li +传输途径,并促进了电荷载体的同质分布。岩石性Li合金可以调节LI沉积行为并实现均匀的Li成核和沉积。Li || Li对称和完整电池在高电流密度下表现出良好的电化学性能。这项工作提供了一种普遍的策略和新的见解观点,可以为高性能的ASSLMB构建3D LI。
摘要:锂离子电池(LIBS)已成为可移植设备和运输设备的首选电池系统,因为它们的特定能量很高,良好的循环效果,低自我放电以及缺乏记忆效应。但是,过度低的环境温度会严重影响LIB的性能,在-40〜-60°C下几乎无法排放。有许多因素影响Libs的低温性能,最重要的是电极材料之一。因此,迫切需要开发电极材料或修改现有材料以获得出色的低温LIB性能。基于碳的阳极是在LIBS中使用的候选者。近年来,已经发现,石墨阳极中锂离子的扩散系数在低温下更明显地降低,这是限制其低温性能的重要因素。但是,无定形碳材料的结构很复杂。它们具有良好的离子扩散特性,晶粒尺寸,特定的表面积,层间距,结构缺陷,表面官能团和掺杂元件可能会对其低温性能产生更大的影响。在这项工作中,通过从电子调制和结构工程的角度修改基于碳的材料来实现LIB的低温性能。
提高对电池内化学反应的认识。基于光纤的传感器特别适合集成到电池中。[1,7,9–12] 光纤成本低,可以做得非常细,从而能够在电池的不同部位进行精确定位。它们对锂离子和钠离子电池中的恶劣环境也相对惰性,并且可以使用各种基于光谱的分析技术。[7] 通过电池内温度和应变的变化进行感测,间接影响改性光纤的光学特性,也已被证明。例如,Huang 等人将光纤布拉格光栅插入商用电池,通过温度和压力跟踪化学事件,[10] 而 Wang 等人采用等离子体光纤传感器监测水性锌空气电池中的电化学动力学。[11] Ghannoum 等人在许多论文中报道了使用光纤倏逝波 (FOEW) 光谱来表征电池。 [9,13] 例如,使用嵌入式光纤根据石墨的电致变色特性估算 SOC。 [14] 我们之前还使用过 FOEW 光谱来比较完全嵌入或放置在磷酸铁锂 (LFP) 正极表面的光纤的传感和电池性能。 在这些实验中,光纤传感区域的光调制也可能与 LFP 中铁的氧化和还原有关。 [15,16] 光纤在电池中的应用仍然处于相当低的技术准备水平,在商用电池中可能并非易事,但有可能为 BMS 提供重要信息,以优化电池组的使用。 总体而言,还必须提高对电池化学如何调节光纤/电池界面光的了解。锂离子电池最关键的安全问题之一是阳极形成锂枝晶的风险。[17–19] 这会导致电池短路,通常源于充电过程中锂离子嵌入速率不够时的锂沉积。金属锂沉积也是导致电池老化的一个重要因素[17],例如导致容量衰减速度加快。人们采用了各种各样的实验技术来分析和检测锂沉积。[17–19] 然而,这些技术中的大多数都基于大型、先进且昂贵的仪器,而这些仪器通常需要专门的实验电池或原型电池。其中一些技术也不是
摘要:水系锌电池(AZB)是一种很有前途的储能技术,因为它们具有高理论容量、低氧化还原电位和安全性。然而,金属锌表面的枝晶生长和寄生反应会导致严重的不稳定性。本文我们报道了一种获得超细锌纳米颗粒阳极的新方法,该方法通过使用乙二醇单甲醚(EGME)分子来操纵锌的成核和生长过程。结果表明,EGME 与 Zn 2+ 复合以适度增加成核的驱动力,并吸附在锌表面以通过细化晶粒来防止 H- 腐蚀和树枝状突起。因此,纳米级阳极具有高库仑效率(约 99.5%)、长循环寿命(超过 366 天和 8800 次循环)以及与全电池中最先进的正极(ZnVO 和 AC)出色的兼容性。这项研究为水性金属离子电池的界面工程提供了一种新途径,对 AZB 的商业化未来具有重要意义。关键词:水性锌电池、锌金属阳极、超细纳米颗粒、枝晶生长、寄生反应
摘要:硅阳极需要机械强度高且电化学稳定的聚合物粘合剂体系,以适应循环操作过程中经历的剧烈体积膨胀。在此,我们报告使用聚(丙烯酸)接枝苯乙烯-丁二烯橡胶(PAA- g- SBR)和 80% 部分中和的 Na-PAA 作为硅石墨阳极的粘合剂体系。PAA- g -SBR 接枝共聚物是通过将丙烯酸叔丁酯接枝到 SBR 上并用 H 3 PO 4 处理中间体合成的。发现 PAA- g -SBR/Na-PAA 粘合剂体系比 Na-PAA/SBR 体系具有更好的电化学性能。Na-PAA/PAA- g -SBR 体系在 130 次循环中具有稳定的 673 mAh g -1 容量保持率,而 Na-PAA/SBR 体系的容量保持率立即下降。 Na-PAA/PAA- g -SBR 体系还表现出更好的机械性能,与 Na-PAA/SBR 体系相比,杨氏模量值更低,失效应变更大。总体而言,这些发现表明,在下一代锂离子电池中,硅阳极应用是一种有前途且坚固的聚合物粘合剂体系。关键词:锂离子电池、硅电极、PAA-g-SBR 聚合物、丙烯酸叔丁酯、交流阻抗、电极粘附、储能应用■ 介绍
过早失败的根本原因,而是电沉积Na的固有固定锚定/根结构,导致可逆性和最终细胞衰竭导致较差的电极底物。锚定的NA沉积物很容易与阳极电流收集器分离,从而产生了大量的孤儿和不良的阳极利用率。我们提出并评估在一系列化学物质中作为Na的底物中的薄金属相间涂层。基于热力学和离子传输考虑因素,预计此类底物将与Na进行可逆的合金反应,并被认为可以促进电沉积Na的良好根生长和高可逆性,而没有详细的形态。在各种选项中,据报道,AU在液体电解质中支持长时间Na阳极寿命和高可逆性(库仑效率> 98%)的令人印象深刻的能力,对于10 nm - 1000 nm的涂料厚度。作为评估阳极实用性实用性的第一步,我们评估了它们在Na || Span细胞中的性能,N:P比接近1:1。