3 宁波大学材料科学与化学工程学院,新型功能材料与制备科学国家重点实验室基地,浙江宁波 315211 4 池州市中纳材料科技有限公司,安徽省池州市高新技术产业园区永金大道西段 * 电子邮件:chuijing@nbu.edu.cn 收讫日期:2022 年 10 月 8 日/接受日期:2022 年 11 月 24 日/发布日期:2022 年 12 月 27 日 水系锌离子电池 (ZIB) 因其高安全性、低成本和卓越的倍率性能而被公认为新型储能系统。然而,大多数 ZIB 正极表现出较大的电化学极化,这通常是有害的并妨碍电池的稳定循环。在此,我们采用一种复合策略,通过涂覆高分子量有机层来调节 MnV 2 O 6 正极中的极化。 MnV 2 O 6 与高分子量聚苯胺的协同作用,加上电子电导率的提高,加速了锌的存储动力学,使电化学极化趋于狭窄,从而有效提高了水系锌离子电池的电化学性能。赝电容复合正极 MnV 2 O 6 @PANI 在 100 mA g -1 时的平均放电容量为 258.8 mA hg -1,在 1 A g -1 时仍表现出良好的倍率性能,几乎是未改性 MnV 2 O 6 的两倍。关键词:水系锌离子电池;极化;锰钒酸盐;聚苯胺。1.引言
可充电电化学细胞或可充电电池,其中正极和负电极都是互相化合物(与电极材料晶格的离子或准原子形式存在的插相化合物(嵌入的锂都存在),它们均在任何电极中构造,没有金属液体。
与您可能使用过的旧电池技术一样,锂离子电池通过正极和负极触点以直流电流形式传输电能。它们与旧电池技术的不同之处在于其高能量密度、轻质结构以及能够更频繁地充电而不会降低电池性能。
全球能源需求的不断增长以及化石燃料消耗引起的气候变化要求实施可再生能源技术。然而,风能和太阳能发电的间歇性要求可靠的能量储存。虽然二次电池由于其模块化和便携性而成为颇具吸引力的储能设备,但目前的电池技术,如锂离子电池 (LIB),尚未达到广泛采用所需的能量密度和低成本。在迄今为止研究的各种电池化学中,锂硫 (Li-S) 电池作为 LIB 的有前途的替代品脱颖而出。锂硫电池可以实现 2,572 Wh kg -1 的高理论重量能量密度,几乎比目前的 LIB 高一个数量级。硫的储量丰富且成本低廉也使 Li-S 电池比现有的钴基 LIB 更实惠、更环保。然而,由于一种众所周知的“穿梭效应”现象,Li-S 电池的循环性较差。 1–4 在放电过程中,正极经历多电子转化过程,其中元素硫被还原为可溶性 Li 2 S x (x = 4-8),然后终止于不溶性 Li 2 S。生成的可溶性多硫化物 (PS) 可以从正极浸出到电解质中,导致活性材料损失和电极表面钝化。这种穿梭效应导致容量衰减迅速、自放电率高和电池阻抗高。缓解多硫化物浸出的一种解决方案是在正极采用硫宿主材料。为了实现最佳的活性材料利用率和循环性能,应考虑硫宿主的极性、孔隙率和电导率,因为这些特性与其能力密切相关
实用产品开发。锂离子电池已成为替代镍氢电池的主要候选者,然而,对续航时间更长、充电速度更快、续航里程更远的电动汽车的需求,使得后锂离子电池材料、结构和系统的研究变得多样化[1-3]。一种潜在的、有吸引力的替代品是固态电池;其前提是用固态离子导体取代锂离子电池中常见的有机液体电解质[4,5]。宽电化学窗口、不可燃性以及实现锂金属阳极的潜力是将固态电池推向下一代储能前沿的优势。然而,要与传统的液体电解质竞争,实现高锂离子电导率是一个巨大的挑战。固态离子领域发展迅速,各种能够在中等温度下实现快速锂离子传输的锂离子导体正在实现下一代电化学存储。聚合物、凝胶、熔融盐和陶瓷电解质在集成到实际设备中时各有优势,也面临挑战;然而,硫化物基电解质已成为有力竞争者,其电导率可匹敌甚至超越有机液体电解质 [6]。LGPS、Li 7 P 3 S 11 玻璃陶瓷、银锗石 Li 9.54 Si 1.74 P 1.44 Cl 0.3 是表现出优异 Li + 电导率的电解质例子,尽管在电化学窗口和抵抗锂金属强还原电位的能力方面结果不一[5,7-9]。Sakamoto 等人 [10] 通过拉曼光谱证明了硫代磷酸锂 Li 3 PS 4 在与对称 Li-Li 电池循环后还原形成 Li 2 S 和 Li 3 P 产物,这已通过原位 XPS 实验证实并通过 DFT 计算进行预测 [11,12]。研究表明硫化物电解质还会与高压正极发生反应,形成的薄界面足以降低电池容量和循环能力。为实现该技术,用 LiNbO 3 进行表面改性可以阻碍化学交叉扩散并减少空间电荷层的锂损耗 [13]。高能正极研究对于实现全固态锂电池至关重要。硫作为高能量密度正极的出现是正极、电解质和隔膜技术的产物,旨在实现高倍率下的可逆容量。硫的优点是理论容量高(1675 mAh g -1 ),这平衡了低平均正极放电电位(~2.0 V),从而产生高理论能量密度(~2600 Wh kg -1 )。然而,必须克服重大挑战,例如硫和多硫化物溶解在电解质中,有机电解质的持续分解以及锂金属的树枝状生长。其结果是无法在长时间循环过程中保持容量,而解决方案则是采用精妙的材料设计和工程来封装和保护活性材料。碳、聚合物和隔膜技术在实现高负载和可持续硫正极方面都发挥了至关重要的作用 [14-16]。或者,更换有机液体电解质可以提供一条多方面的途径来解决持续的 SEI 形成和多硫化物溶解问题,因此固态 Li-S 电池有可能拥有出色的循环寿命。事实上,利用固体电解质已显示出无需封装活性材料就能提高容量保持率,这为高负载活性材料以增加能量密度并降低成本铺平了道路 [17-20]。为了实现这样的改进,阐明放电机制将加深对电化学反应的理解,并为进一步改进扩大电池电极所需的设计和工艺提供见解。在这里,我们通过分离碳、固态电解质(非晶态 Li 3 PS 4,LPS)和硫/硫化锂这三种基本成分的反应性,研究了固态硫阴极复合阴极的制备过程如何影响电化学放电。研究人员最近意识到
摘要:全固态电池(ASSB)的实际应用需要在低压下可靠运行,这仍然是一个重大挑战。在这项工作中,我们研究了由不同粒径固态电解质(SSE)组成的正极复合微结构的作用。由 LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2(NCM811)和细颗粒 Li 6 PS 5 Cl(LPSC)制成的复合材料在 NCM811 颗粒表面显示出更均匀的 SSE 分布,确保了紧密接触。此外,该复合材料的曲折度降低,从而增强了锂离子传导。这些微观结构优势可显着降低电荷转移电阻,有助于抑制低压条件下循环过程中的机械变形和电化学降解。因此,细 LPSC 正极复合材料在 2 MPa 的中等电堆压力下表现出增强的循环稳定性,优于粗 LPSC。我们的发现证实了微结构设计在实现低压条件下高性能 ASSB 运行中的重要作用。
缩略词 5 执行摘要 6 当地存在巨大潜力 6 在岸生产带来巨大好处 9 但这并不容易 10 主要建议 11 1. 简介 13 2. 美国 IRA 生效一年后欧洲的电池价值链 13 2.1 电池超级工厂 13 2.1.1 电池计划一年后到期 16 2.2 正极活性材料与前驱体 19 2.2.1 前驱体 22 2.3 锂精炼 23 2.4 镍和钴精炼 25 2.5 锰精炼 27 2.6 电池回收 28 3. 欧洲在岸生产的气候效益 32 3.1 电池 32 3.2 正极活性材料 33 3.3 氢氧化锂 34 3.4 硫酸镍 35 3.5 锰硫酸盐 36 3.6 整体气候效益 37 4. 欧洲成功道路上的挑战 38 4.1 原材料的可用性 38 4.2 技术与创新 40 4.2.1 正极活性材料的生产 40 4.2.2 原材料精炼 41 4.2.3 电池回收 44 4.3 技能与专业知识 45 4.3.1 案例研究:法国的电池回收 49 4.4 资金 51 5. 欧洲产业战略蓝图 53 5.1 欧洲具有潜力 53 5.2 欧洲如何实现这一目标? 55 5.3 T&E 的产业战略蓝图(建议) 56 明确的政策 56 欧盟制造 57 资金 58 构建供应链 59 可持续地完成所有工作 60 附件 1:欧洲超级工厂的风险评估 61 附件 2:方法论 62 1. 电池需求 62
重要信息!Victron Lithium NG 电池的充电和放电由 BMS NG 和 CERBO 控制在带有 Victron Lithium NG 电池的系统中,所有充电设备以及负载都由 BMS NG 控制(也并联)非常重要。此系统处理这些问题的方式如下:1 - MultiPlus 逆变器/充电器:通过 GX 设备以数字方式、DVCC 功能。2 - SmartSolar 充电控制器:通过 GX 设备以数字方式、DVCC 功能。3 - ZEUS 交流发电机调节器:通过 GX 设备以数字方式、DVCC 功能。4 - ZEUS 交流发电机调节器:当 VE.Can 发生故障时,可以使用来自 BMS NG 的 ATC 触点的正极线,该正极线也通过其继电器触点进一步朝向 ZEUS 调节器运行以启用 ATC 连接,当 ATC 电源关闭时,强制调节器与交流发电机完全停止充电。 (根据 Arco Marine 的建议)5 - 直流负载:通过 ATD 电源供给 SmartBattery Protect 220 一号和二号。6 - 交流负载:与 MultiPlus 逆变器/充电器一起控制。