可充电电池正在加速从化石燃料到可再生能源的过渡。考虑到所需的大量电池材料,材料和流程中的可持续性是最重要的。在各种下一代电池化学中,锂离子蝙蝠(ALIBS)在本质上是安全的,即使是在高功率密度下,也可以在基于非水溶液的锂离子细胞的现有生产过程中实施。例如,正如Li等人首先提出的,[1] ALIBS是含有有机溶剂的常规电池的可持续替代品,因为水性电力是环保的,不可易受的,并且不可易受的。虽然需要认真解决锂开采的道德问题和环境影响,但水溶液的离子电导率较高,可以为Alibs提供更具吸引力的快速充电能力。然而,水的狭窄电化学稳定性窗口(ESW)为1.23 V极大地阻碍了其水力电解,导致水电解会导致氢进化反应(HER)和氧气
完整作者列表: 隋一鸣;华盛顿大学,材料科学与工程系 刘超峰;华盛顿大学,材料科学与工程系 邹佩超;清华大学,清华深圳国际研究生院能源与环境学部 詹厚超;清华大学,清华深圳国际研究生院能源与环境学部 崔远征;清华大学,清华深圳国际研究生院能源与环境学部 杨程;清华大学,清华深圳国际研究生院能源与环境学部 曹国忠;华盛顿大学,材料科学与工程系
LiBC 是一种类石墨材料,可作为锂离子电池的负极材料提供高容量,而锂离子电池严重依赖于碳前体。开发一种提高容量的方法对于 LiBC 负极材料的研究和利用具有重要意义。在这里,我们用高温处理原始 LiBC 材料以获得四个改性 LiBC 样品。改性 LiBC 样品以粉末形式用铝箔包裹在 600 ◦ C 下处理 10 小时,其可逆容量为 353 mAh/g,而锂离子电池中原始 LiBC 的可逆容量仅为 218 mAh/g。根据 XRD 结果,高温处理后 LiBC 的层结构得以保持,而晶格参数略有变化,尤其是层间距离。改性 LiBC 样品的拉曼光谱与原始 LiBC 相似,只是峰强度不同,这表明高温处理过程中锂发生了蒸发。因此,高温处理可以通过降低锂含量、改变晶体结构来提高LiBC的容量,使得LiBC材料成为更有前景的锂离子电池负极材料。
a Department of Applied Science and Technology (Disat), Polytechnic of Turin, Corso Duca degli Abruzzi 24, 10129, Turin, Italy B Center for Sustainable Future Technologies (CSFT), Italian Institute of Technology (IIT), via Livorno 60, 10144, Turin, Italy C Department of Materials Science, University of Milan-Bicocca, via Cozzi 55, 20125,意大利米兰D化学系,帕维亚大学,Viale Taramelli 16,27100,意大利帕维亚和技术的化学区(Chemtech)和Instm,Dept. 帕多瓦大学工业工程 Vito的Feo,89122年,意大利雷吉奥·卡拉布里亚(Reggio Calabria),g雷吉奥·卡拉布里亚(Reggio Calabria),浓缩物质和能源技术研究所(ICMATE),国家研究委员会(CNR),C.So United States 4,35127,意大利Padua,意大利H机械和航空航天工程部(Dimake tureecnicoe duke off)意大利I国家电化学能源储存中心(GISEL) - Instm,通过G. G. Giusti 9,50121,佛罗伦萨,意大利a Department of Applied Science and Technology (Disat), Polytechnic of Turin, Corso Duca degli Abruzzi 24, 10129, Turin, Italy B Center for Sustainable Future Technologies (CSFT), Italian Institute of Technology (IIT), via Livorno 60, 10144, Turin, Italy C Department of Materials Science, University of Milan-Bicocca, via Cozzi 55, 20125,意大利米兰D化学系,帕维亚大学,Viale Taramelli 16,27100,意大利帕维亚和技术的化学区(Chemtech)和Instm,Dept.帕多瓦大学工业工程Vito的Feo,89122年,意大利雷吉奥·卡拉布里亚(Reggio Calabria),g雷吉奥·卡拉布里亚(Reggio Calabria),浓缩物质和能源技术研究所(ICMATE),国家研究委员会(CNR),C.So United States 4,35127,意大利Padua,意大利H机械和航空航天工程部(Dimake tureecnicoe duke off)意大利I国家电化学能源储存中心(GISEL) - Instm,通过G. G. Giusti 9,50121,佛罗伦萨,意大利
在过去十年中,对便携式电子设备的需求迅速增加,这促使电池生产的增长增长。自从1990年代作为商业能源存储解决方案的开发以来,锂离子电池(LIB)由于其较长的周期寿命,高能量密度,低自我排放速度和高工作电压而引起了科学和工业的极大关注。生产LIB需要大量的聚合物粘合剂 - 通常是聚偏二氟乙烯(PVDF),以进行处理和性能。但是,由于该材料是石化衍生的,因此它远非“绿色”或可持续性。另一方面,聚合物及其构建块在整个自然界中被广泛发现,并且可以以低成本从生物量中获得。因此,用生物质衍生的粘合剂代替PVDF是减少LIB环境足迹的一种有前途的方法。此外,聚合物粘合剂在下一代电池性能中起着至关重要的作用。例如,硅(Si)是一种有前途的大容量阳极材料,因为它具有高理论能力(4200 mahg -1),工作势较低,并且在地壳中具有很高的丰度。但是,由于传统的粘合剂仅与硅的天然表面相互作用,并且无法维持电极的长期完整性,因此其在电荷/放电期间的巨大变化往往会导致循环寿命缩短。自然衍生的聚合物由于其高结构优势而在该角色上取得了更好的成功。在这篇综述中,我们总结了源自各种生物质源的硅阳极粘合剂的最新发展,重点是聚合物特性及其对电池性能的影响。我们根据自己对这些作品的评估提出了各种观点,并对该领域的未来前景进行了简要评论。
在 SSB 的制造过程中,有几种方法可以实现锂金属阳极 (LMA)。[2] 这些方法要么基于使用薄锂箔,要么基于通过物理气相沉积或从锂熔体中沉积锂金属,要么基于从锂化阴极活性材料中电化学沉积锂。[4,5] 虽然薄锂箔的制备和加工具有挑战性,但金属沉积通常已被证明是可扩展且经济可行的。这些实现 LMA 的替代方案的不同之处在于,锂沉积是在电池组装过程中(从气相或液相沉积)还是在电池组装后(电化学沉积)沉积。尤其是后者,通常被称为“无阳极”电池技术,由于电化学不活性锂过量减少、生产步骤减少以及典型的商用锂箔上没有天然钝化层,因此似乎非常有吸引力。[6]
MXenes 是一种寿命长达十年的陶瓷材料,于 2011 年在德雷塞尔大学首次发现 1 。它们的通式为 M n +1 X n T x , (n=1,2,3) ,其中 T 是表面终止原子,M 是早期过渡金属,X 是 C 或 N 2-4 ,MXenes 直接从其相应的 MAX 相蚀刻而成。后者是层状碳化物或氮化物结构,公式为 M n +1 AX n , (n=1,2,3) ,其中 A 是元素周期表 A 族元素,通常是第 13 或 14 族。在图 1 中,我们可以看到元素周期表中 MAX 相和 MXenes 的成分以及它们的结构。具有 OH 或 F 终端的碳化钛 Ti 3 C 2 是从钛铝 MAX 相 Ti 3 AlC 2 1 中发现的第一个 MXene。由于 Ti 3 C 2 T x MXene 仍然最具导电性 6–8,文献中对其在二次(即可充电)电池中的应用潜力进行了广泛研究。为此,人们试图通过操纵终端原子 8,9 来控制其电子和机械性能。可充电离子电池是一种基于离子插入的储能装置 10。通常,离子电池由阴极(正极)和阳极(负极)组成,并与含有离子的电解质接触。两个电极由微孔聚合物膜(隔膜)隔开,该膜阻止电子与离子一起在它们之间穿过 11。商用电池单元通常是在放电状态下生产的,而阳极和阴极电极在与大气接触时需要保持稳定 11。充电时,电极需要连接到外部电源,而电池
对可再生能源的日益重视导致氢和电池研究的研发工作激增。阳极析氧反应 (OER) 周围的密集电化学环境困扰着催化层、基底和多孔传输层的活性和稳定性,最终影响这两个行业。在此,我们报告了电位循环 (PC) 316L 不锈钢毡多孔传输层 (PTL) 用于阴离子交换膜水电解的好处。如 SEM、EDS、XPS、XRD 和拉曼光谱所示,PC 增加了表面粗糙度并通过铁的氧化产生了 CrFe 5 Ni 2 -O x H y 层。在三电极设置中进行的 PC 后测试显示极化电阻下降了约 68%,这反映在其用作阴离子交换膜水电解器 (AEMWE) 中的阳极时的性能上。总体而言,在阳极条件下对 PTL 进行电位循环在 AEMWE 中测试时可提高性能。可以考虑对不锈钢阳极实施这种处理,以提高 AEMWE 性能。
迫切需要高性能可充电电池来满足电网规模固定式储能的需求。高温电池系统,例如 Na-S 电池、Na-NiCl2 电池(ZEBRA 电池)和液态金属电极 (LME) 电池,表现出高功率密度和高循环稳定性等优点,但也受到高工作温度的影响。我们最近发明了熔融锂金属电池的新概念,它由液态锂阳极、合金(Sn、Bi、Pb)液态阴极和锂离子导体作为固体电解质组成。这里我们展示了一种在相对较低的 210 C 温度下工作的熔融金属氯化物电池。该电池设计包括熔融(AlCl3-LiCl)阴极、固体电解质(石榴石型 Li6.4La3Ta0.6Zr1.4O12(LLZTO)陶瓷管)和熔融锂阳极。组装的 AlCl3-LiCl||LLZTO||Li 全电池的平均放电电压为 1.55 V,能量效率为 83%,已成功循环 100 次(800 小时),容量没有衰减。电池的理论比能为 350 Wh/kg,根据电极材料的重量估计成本为 11.6 美元/千瓦时。考虑到高性能、高安全性、低工作温度和原材料成本低,我们的新型熔融电极电池系统为固定式储能开辟了新的机会。