1 佐治亚理工学院,电气与计算机工程学院,美国佐治亚州亚特兰大 30332- 0250,2 CNRS,UMI 2958 佐治亚理工学院 - CNRS,2 rue Marconi,57070 梅斯,法国,3 佐治亚理工学院洛林分校,2 rue Marconi,57070 梅斯,法国,4 佐治亚理工学院,伍德拉夫机械工程学院,美国佐治亚州亚特兰大 30332- 0250,5 拉斐特研究所,2 rue Marconi,57070 梅斯,法国。 6 巴黎萨克雷大学纳米科学与纳米技术中心,C2N-Site de Marcoussis,Route de Nozay,91460 Marcoussis,法国。
随着电动汽车和大规模储能系统的开发,现有的商业锂离子电池(LIB)越来越无法满足市场需求。出于这个原因,研究人员探索了各种新型材料系统,以增加电池的能量密度,例如基于合金的阳极,1,2 Li金属阳极,3,4 sul sul sul de-de-de-de-de-de-de de de基基阳极,5 - 7和基于Li-rich的锰的阴极。8,9在其中,硅(SI)被认为是商业石墨阳极的最佳替代品之一,因为它具有高理论能力(4200 mAh g -1)和适当的工作电压(〜0.4 V,vs.li/li/li +)。10然而,静电后,硅的体积膨胀高达300%,而Li +的反复插入和提取诱导了表面上的机械应力和变形,从而导致颗粒的粉碎。11,体积变形会破坏相邻硅颗粒之间或颗粒与当前收集器之间的电气接触,而活性材料可能完全从收集器脱离。10,12此外,硅表面上的固体电解质相(SEI)反复破裂并因硅的体积变形而导致,消耗了大量的电解质和活性锂。13随着时间的流逝,
根据文献和我们的经验,由于多个绝缘缺陷而产生的电弧是锂离子电池起火的重要原因 [1, 2]。其结果是电池的部分或全部短路,而传统的全系统保护装置(电池管理系统 (BMS) 和保险丝)却不起作用。在这种情况下,与 [3] 有关热失控是否从单个电池蔓延到其他电池的研究不同 [4],多个电池可能同时进入热失控状态。风险是短路回路中的所有蓄电池同时热失控,火势非常迅速,可燃气体大量产生,能量释放。我们的研究工作的一部分是表征蓄电池内部保护装置的最大断路功率 [5]。这项工作表明,内置电池保护装置无法在这种情况下断路电流。因此,必须在所有情况下实施有效的绝缘策略。在本文中,我们研究了创建正确隔离的电池系统需要考虑的各种概念。
二氧化碳在全球温度循环中发挥的关键作用引发了人们对碳捕获和储存的持续研究关注。在众多选择中,锂-二氧化碳电池最引人注目,因为它不仅可以将废弃的二氧化碳转化为增值产品,还可以储存可再生能源产生的电能并平衡碳循环。该系统的开发仍处于早期阶段,面临着二氧化碳引入带来的巨大障碍。本综述详细讨论了电极、界面和电解质面临的关键问题,以及解决这些问题所需的合理策略,以实现高效的二氧化碳固定和转化。我们希望本综述能为全面了解锂-二氧化碳电池提供资源,并为未来探索可逆和可充电的碱金属二氧化碳电池系统提供指导。
量子技术和人工智能:锂离子电池安全二次利用的关键 为了促进电动汽车的可持续性并提高资源效率,锂离子电池的升级再造变得越来越重要。人们致力于通过将电动汽车的废旧电池重新用于新用途而不是直接将其转移到回收过程中来减缓材料循环。尽管升级再造在节约资源方面具有巨大的潜力,但由于技术和经济挑战,它尚未流行起来。然而,一个研究小组开发了一种实用的方法,该方法结合了高速测量方法和人工智能 (AI) 来克服这些障碍。 是否有可能高效安全地重复使用电动汽车的电池,以及需要克服哪些技术和经济挑战?这个问题是德国联邦教育和研究部 (BMBF) 资助的“QuaLiProM”研究项目的重点。一个跨学科项目团队承担了一项科学目标,即以无损、快速和安全的方式确定废旧锂离子电池的剩余电量和剩余使用寿命。他们的目标是实现电池二次利用的可靠且经济可行的方法,为可持续的电池升级回收铺平道路。
唯一不同的是,大多数已知的可开采锂矿仅分布在少数几个国家。尽管澳大利亚目前是世界上最大的锂生产国,但全球已知储量的一半左右都蕴藏在智利、玻利维亚和阿根廷边境“锂三角”的盐滩中。中国也有相当可观的储量。从这些来源提取锂是一个能源密集型的过程。需要大量的水将水从源头泵入巨大的池塘,水在那里蒸发,剩下盐。这些盐经过进一步加工和分离,可获得富含锂的矿物。该过程的所有阶段都需要使用大量的淡水,通常是在这种资源稀缺的干旱地区。据估计,提取一吨锂需要多达 200 万升的水。一个显而易见的替代方法是从盐水(比如海水)中获取锂;这种元素在世界海洋中储量丰富。但是,由于锂的含量为百万分之0.1-0.2,从这些来源提取金属在技术上具有挑战性,而且和锂矿开采一样,它也会产生相当大的环境影响。出于这些原因,盐水不被认为是一种可靠的来源。但是,正如中国南京大学材料科学家何平、周浩生和他们的同事在《自然》杂志的一篇评论文章中所解释的那样,有办法改进现有的从低质量来源中分离锂的方法,比如开发更有效地捕获锂的化学品,或使用特殊的过滤器和电力将其分离出来(S. Yang 等人,《自然》杂志 636 期,309-321 页;2024 年)。好消息是,从改进的过滤器到更好的沉淀方法,几种技术正在被开发来实现这一点。然而,作者表示,要充分利用低质量的锂源,研究需要回到基础,了解如何分离低浓度的微小离子,然后重新开始改进目前正在开发的技术。研究人员还在研究锂的替代品,包括钠。钠元素在元素周期表中位于锂的正下方,具有相似的化学性质,更容易获取,但其原子更重。
Fabien Lacressonnière、Andy Varais、Xavier Roboam、Eric Bru、Timothé Mullins。用于硬件在环过程中时间加速实验的锂离子电池比例电热模型。《能源存储杂志》,2021 年,第 39 卷,第 102576 页。�10.1016/j.est.2021.102576�。�hal-03221187�
摘要 半导体量子点 (QDs) 作为高性能材料,在当代工业中发挥着重要作用,这主要是因为它们具有高光致发光量子产率、宽吸收特性和尺寸相关的光发射。使用 QDs 作为微光学应用的构建块来构建定义明确的微/纳米结构至关重要。然而,制造具有设计功能结构的稳定 QDs 一直是一个挑战。在这里,我们提出了一种在具有特定保护性能的混合介质中对所需 QDs 进行三维直接光刻的策略。丙烯酸酯功能化的混合前体通过超快激光诱导多光子吸收实现局部交联,实现超越衍射极限的亚 100 纳米分辨率。印刷的微/纳米结构具有高达 600 ◦ C 的热稳定性,可以转化为体积收缩的无机结构。由于 QDs 封装在密集的硅氧分子网络中,功能结构表现出良好的抗紫外线照射、腐蚀性溶液和高温稳定性。基于混合三维纳米光刻技术,可制备双色多层微/纳米结构,用于三维数据存储和光学信息加密。本研究为制备所需的量子点微/纳米结构提供了一种有效的策略,支持开发稳定的功能器件应用。
目前,全球能源格局正面临前所未有的危机。为了解决这些困难,创造高效可靠的能源存储和转换技术至关重要。本综述讨论了两项重要的储能技术:水分解和锂离子电池。锂离子电池以其更高的能量密度、更长的效率和更低的成本彻底改变了便捷设备和电动机。同时,水分解通过电解过程为高能量密度的清洁燃料氢气的生成提供了一条途径。在本分析中,我们将探索最新的突破以及最新的材料和催化剂,以提高水分解的生产率和经济可行性。讨论了提高锂离子电池性能和安全性的电极材料、电解质和电池结构。本综述还讨论了这些技术在可再生能源系统中的集成,强调了它们在实现碳中和方面的互补作用。通过全面分析当前的研究和未来方向,我们强调了水分解和锂离子电池在可持续能源领域的关键重要性。
