新能源的高使用率推动了下一代储能系统 (ESS) 的发展。钠离子电池 (SIB) 作为锂离子电池 (LIB) 的有希望的替代品,由于地壳中天然 Na 的丰度高达 2.4 wt.%(而 Li 为 0.0017 wt.%)且成本低廉,引起了广泛的研究兴趣。随着 SIBs 技术可行性的增加,高性能电极材料的开发一直具有挑战性。在过去的几年中,具有高理论容量和出色的氧化还原可逆性的双金属硫化物 (BMS) 作为 SIBs 的高性能阳极材料显示出巨大的潜力。本文报道了 BMS 作为 SIBs 阳极的最新进展,并系统地研究了这些电极的电化学机理。此外,还强调了当前的问题、挑战和观点,以解决对相关电化学过程的广泛理解,旨在为 SIB 阳极材料的可能方向提供深刻的展望。
锂离子电池因具有较高的能量密度和较长的循环寿命,被广泛应用于便携式电子设备、电动汽车和大型储能装置中。目前,商业化锂离子电池主要采用循环稳定性高的插层型锂储能材料作为正极和负极材料。然而,插层型正极材料如LiFePO 4 、LiMnO 4 、LiCoO 2 等理论容量低(< 200 mAh·g−1),不能满足日益增长的高能量密度需求。以非插层型锂储能材料为代表的锂硫(Li-S)电池具有很高的能量密度(2600 W·h·kg−1),是目前商业化锂离子电池的8倍以上[1,2],被认为是最有前途的高能量密度二次电池之一。硫及其完全锂化状态的 Li 2 S 均可用作 Li-S 电池的活性正极材料。硫基复合正极应与锂金属或含锂负极结合。低电子和离子电导率是元素硫的固有特性,
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
1 中南林业科技大学,长沙 410083,中国 2 中南大学,长沙 410083,中国 * 电子邮件:2318214796@qq.com 收稿日期:2022 年 5 月 19 日 / 接受日期:2022 年 6 月 21 日 / 发表日期:2022 年 8 月 7 日 锌离子电池因其安全性高、成本低、理论容量高、环境友好等特点,已经成为现代储能装置的重要来源,但仍存在一些问题阻碍着电池的发展。负极主要存在三个问题:锌枝晶、锌负极腐蚀、锌负极钝化。其中,锌枝晶主要是由于锌在负极表面沉积不均匀造成的,会严重影响电池的循环稳定性和可逆性,降低库仑效率。如果枝晶生长穿透隔膜,还可能造成短路,使电池失效。本文总结了近三年解决锌枝晶问题的方法,包括阳极结构的改性、阳极表面的改性、电解液的改性等。关键词:新能源,锌离子电池,枝晶,电化学1.引言
由于钠资源丰富,开发高性能电极材料对于 SIB 技术的进步至关重要。1 – 11 钠过渡金属氧化物、12 – 15 多聚阴离子化合物 16 – 18 和普鲁士蓝类似物 (PBA) 19 – 28 被广泛研究用作 SIB 的正极材料。PBA 的通式为 Na x M [Fe(CN) 6 ] y $ n H 2 O(M = Mn、Fe、Co、Ni、Cu 等),由于其理论容量高(高达 170 mA hg 1,存储两个 Na +)、成本低、易于合成以及开放的框架结构具有快速 Na + 插入/脱出的优势,而引起了广泛关注。在各种PBA中,亚铁氰化锰钠 NaxMn[Fe(CN)6]y$nH2O(简称PBM)被认为是最有前途的SIBs PBA正极,由于其较高的工作电压和较大的容量,其能量密度较高。29 – 34此外,Mn元素在地球上储量丰富,对环境无害。然而,使用传统合成路线制备的NaxMn[Fe(CN)6]y化合物,即通过Mn2+和[Fe(CN)6]4的简单共沉淀反应
钾离子电池 (PIB) 因其潜在的价格优势、丰富的钾资源以及钾的标准氧化还原电位低而作为大规模电能存储系统中锂离子电池 (LIB) 的有希望的替代品而受到越来越多的关注。然而,寻找具有所需特性(例如电压平台、高容量和长循环稳定性)的合适正极材料至关重要。最近,用于 PIB 的层状过渡金属氧化物因其高理论容量、合适的电压范围和环境友好性而显示出巨大的潜力。然而,由于 Jahn-Teller 效应引起的结构无序和不可逆相变的有害影响,K x MO 2 正极在 PIB 中的进展面临障碍。本综述简要介绍了 Jahn-Teller 效应的起源和机制,并提出了缓解这种现象的原则。特别地,总结了 PIB 用 K x MO 2 正极的现状,强调了 Jahn-Teller 效应带来的挑战。此外,提出了有希望的策略,例如成分调制、合成方法和表面改性,以减轻和抑制 Jahn-Teller 效应。这些策略为创新正极材料的前景提供了宝贵的见解,并为 PIB 领域的未来研究奠定了基础。
摘要:锂硫电池具有较高的理论容量和能量密度,被认为是最有前途的下一代储能系统之一。然而,锂硫电池中的穿梭效应导致硫利用率低、循环性能差、倍率性能差等问题,近年来引起了大量研究者的关注。其中,对多硫化锂(LPS)具有高效催化功能的催化剂可以有效抑制穿梭效应。本文概述了近年来锂硫电池催化剂材料的进展。根据已报道的催化剂的结构和性能,将已报道的LPS催化剂材料的发展分为三代。可以发现,高效催化材料的设计不仅需要考虑对多硫化物的强化学吸附,还需要考虑良好的导电性、催化性和传质性。最后,对高性能锂硫电池催化剂材料的合理设计进行了展望。具有高电导率、同时具有亲脂和亲硫位点的催化材料将成为下一代催化材料,例如异质单原子催化、异金属碳化物等,这些催化材料的发展将有助于更高效地催化LPS,改善反应动力学,为锂硫电池高负载或快速充放电提供保障,促进锂硫电池的实际应用。
更广泛的背景 近年来,水系金属离子电池因其低成本和安全性而备受关注。其中,锌离子电池一直是研究的主要焦点。然而,铁比锌更便宜,在地壳中的储量也更丰富,有望成为替代金属阳极,尽管它仍未得到充分开发。可靠的铁离子电池正极对于推进其研究和商业化至关重要,这需要简单的制备工艺和易于理解的机制。在此,我们介绍了使用聚苯胺作为铁离子电池活性材料的夹层型和圆柱形正极。该正极不含粘合剂,通过简单的低压压制工艺制造而成。它在 5C 倍率下可提供 225 mA hg 1 的高容量(而聚苯胺的理论容量为 300 mA hg 1)。此外,我们的高负载电池在 15C 倍率下表现出 27000 次循环的长循环寿命和 82% 的容量保持率。我们还进行了系统的理论研究,阐明了在充电和放电过程中铁离子与聚苯胺结合后的电化学行为。因此,这项工作为在固定储能应用中使用铁离子电池提供了一种可靠且有前景的解决方案,其性能可能优于铅酸电池和锂离子电池。
几十年来。 [1] 目前商业化锂离子电池的能量密度受到层状结构正极材料(如 LiCoO 2 和 LiNixMnyCo1−x−yO2)的限制,由于材料晶格中 Li+ 主位点有限,只能提供小于 220 mAh g−1 的比容量。 [2] 此外,锂离子电池市场的快速扩张导致钴和镍价格飙升(2022 年钴金属价格高达 90 美元/千克)。因此,迫切需要探索高能量密度、低成本的无钴、无镍正极材料。转化型材料通常由 Fe、Cu、O 和 S 等价格较便宜且环境友好的元素组成,其容量比插层型电极材料高得多。 [3] 在各种转化化合物中,过渡金属氟化物(MF x )既提供> 2.0 V 的高氧化还原电位(由于金属氟化物键的高离子性),又提供大容量,因为每单位分子式允许多个电子转移,从而实现相当高的理论能量密度。[4] 转化正极面临的一个主要挑战是循环稳定性。优化的 Fe 基氟化物如 FeF 2 、FeF 3 、FeOF 和 Fe 0.9 Co 0.1 OF 可以稳定地充电/放电几百次循环。[5] 然而,Fe 基正极的能量密度仍然不够高。氟化铜(CuF 2 )比 Fe 基氟化物提供了更高的比能量密度(1874 Wh kg −1 ),因为它对 Li/Li + 的理论电位高达 3.55 V,理论容量为 528 mAh g −1 。[6]
该氧化还原反应对应的理论容量约为 890 mAh·g −1 [1-4]。然而,与硅和锡材料类似,TMO 电极的储锂反应在锂化-脱锂过程中会伴随着较大的体积变化[1-4,6],但其体积变化不太显著[1]。这可能会导致电极粉碎,随后活性材料会从集流体上脱落。此外,Co 3 O 4 电极材料的离子和电子电导率较低,导致其充电/放电速度相对较慢[2,4]。为了克服上述缺点,已经提出了一些策略。其中一种方法是形成由 Co3O4 和不同材料组成的复合材料,包括碳基材料,例如石墨烯[7,8]、碳纳米管[9]、碳涂层[10]、竹荪衍生的碳[11]或其他过渡金属氧化物[12]。这种方法通常可以提高电导率,有时还可以减轻体积变化的影响。然而,同时会导致 Co3O4 容量下降。另一种策略与合成程序有关,该合成程序可以生产具有各种形状和形貌的纳米级 Co3O4 材料。已证实,当 Co3O4 材料具有小尺寸或适当的孔径分布和形貌(例如多孔或分级结构)或这两种特征的结合时,其电化学性能会得到改善[3,4]。到目前为止,已经提出了不同的合成方法,包括溶胶-凝胶法[4,6,13-15]、溶胶-电纺丝技术