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
摘要电动汽车和便携式电子设备的重要市场正在推动高能固态锂电池的开发。但是,固体电解质仍然是固态锂电池开发的主要障碍,这主要是由于缺乏与高压阴极和高压阴极和锂金属阳极兼容的单个固体电解质。这些问题可能会通过多层电解质解决。可以单独调整电解质的每一层特性,这不仅满足阴极和阳极的不同需求,而且还弥补了电解质每一层的缺点,从而实现了良好的机械性能以及化学和电化学稳定性。本评论首先介绍了均质单层电解质的简要介绍。随后引入了多层聚合物电解质的设计原理以及使用最近工作的示例应用这些原理。最后,给出了一些建议作为未来工作的指南。
(EDLC),其中流行的机制需要在高表面积材料和液体电解质之间的界面处进行非法拉第电荷存储。这些储能装置由于其高功率密度(10 kW kg −1 )、快速响应时间(1 s)、循环寿命(10 5 次循环)和安全性而引人注目。[1] 纳米多孔碳材料通常用于 EDLC。它们的多孔结构充当任何介质的批量缓冲库,从而减少离子对孔内表面的传输阻力。[2] 增加的孔隙可及性可容纳更多阳离子来填充电极的双层,从而产生 200 F g −1 数量级的比电容,就像活性炭的情况一样。 [3] 后者在这些储能装置中被广泛使用,因为它价格低廉,即碳化过程源自木材、煤和坚果壳,与其他多孔材料(如模板碳和碳化物衍生碳)相比,更容易制备。 它的比表面积约为 2000 m 2 g − 1 ,可为标准电池电极提供 ≈ 30 mAh g − 1 V − 1,而标准电池电极为 150 mAh g − 1 V − 1。[4,5]
摘要 RELCoBatt 项目的目的是开发一种低成本的可溶铅电池,该电池使用回收的铅酸电池中的电解质。该项目开发的电池与其他液流电池不同,因为它在两个电极反应中使用相同的溶剂化 Pb 2+ 离子,这意味着它不需要膜,并且使用单一电解质,在运行过程中通过电池组泵送电解质(图 1)。在这项工作中,通过使用 3 种不同的电解质成分进行实验来研究充电状态的影响,模拟不同的充电状态:
这项研究旨在创建和评估基于角叉菜胶和腐烂西红柿的环保生物病房的性能,以减少B3废物。为基于角叉菜胶和烂番茄制作生物库,将五个比例的carlageenan和腐烂的西红柿混合物用于每种电池的1、2、2、3、4和5%的角叉菜胶值的组成。本研究中观察到的参数是生物库的电势差,当前强度和稳定性。添加了Carrageenan,以防止电池泄漏并保持电池稳定性。结果,生物库具有等同于商业电池的电势差值,即1.5 V,但产生的电流仍然很低。另一方面,可以将生物库应用于闹钟。Carrageenan浓度的差异对电势差,电流强度,功率,充电能力以及在壁钟上的应用以及生物对象的稳定性没有显着影响。实验是用果皮可以吸收腐烂西红柿的假设进行的,从而防止电解质泄漏。但是,所得的生物库仍在泄漏。之后,我们通过使用由腐烂的西红柿和椰子渣制成的电解质再次对其进行了修改,但是泄漏仍然相同。因此,假定由角叉菜胶和腐烂的西红柿组合制成的生物库,可以使电池更稳定并防止泄漏。这项研究预计将有助于开发环保电池以减少B3浪费,以及在工业革命时代对电池的越来越多的需求4.0。
摘要:电解质-电极界面的不稳定性导致循环稳定性差,以及与高能量密度锂金属阳极相关的安全问题,阻碍了耐用且高能量密度锂离子电池的发展。固体聚合物电解质 (SPE) 可以帮助缓解这些问题;然而,SPE 的导电性受到聚合物链段动力学缓慢的限制。我们通过两性离子 SPE 克服了这一限制,这些 SPE 自组装成超离子导电域,允许离子运动和聚合物链段重排解耦。虽然结晶域通常不利于 SPE 中的离子传导,但我们证明具有不稳定离子-离子相互作用和定制离子尺寸的半结晶聚合物电解质表现出优异的锂电导率 (1.6 mS/ cm) 和选择性 (t + ≈ 0.6 − 0.8)。这种新的 SPE 设计范例允许同时优化以前正交的属性,包括电导率、锂选择性、力学和可加工性。 ■ 简介
作为全固态电池的核心,固态电解质由于其相对于传统液态电解质的优势而受到充分重视。1–3 各类固态电解质中,聚合物电解质 4–7 由于其优异的机械性能和分子改性而成为研究的重点。8 但其室温离子电导率较差,严重限制了固态锂电池(SSLB)的使用。目前,已采用多种方法来提高固态聚合物电解质的离子电导率,如引入活性填料和惰性填料 9。锂盐,例如 LiTFSI、g-LiAlO 2、10、11 和 LiN 3、12,通常用作活性填料,因为它们可以直接为聚合物体系提供 Li+。惰性填料如 TiO2(参考文献 13)、ZrO2 14 和 Al2O3(参考文献 15,16)可以通过降低聚合物结晶度或将聚合物链与 Li+偶联来提高体系的离子电导率。16,17
高能量密度固态电池需要高面积容量的阴极。在这里,我们展示了一种用于循环 3-6 mAh/cm 2 NMC811 复合阴极的双层聚合物电解质设计。双层电解质包括交联 PEO 基电解质层和线性 PEO 基电解质层。前者提供抗枝晶性,后者在循环过程中提供与阴极的无缝界面。使用单层膜会导致第一次循环中严重短路或极低的库仑效率 (CE)。面向锂阳极的刚性抑制枝晶的电解质和确保在循环过程中与阴极接触的更柔软的阴极集成电解质的一般概念可能为实现高能量密度阴极提供一种模式。
通过开放式电池设计将阴极与空气连接起来的必要性与开发挑战有关。首先,锂金属与水反应剧烈,因此需要非水电解质。此外,需要通过透气但防水的膜和阳极侧的无水电解质来避免潮湿。因此,大多数研究都是在完全非水系统上进行的,其中有机电解质用于阳极和阴极侧。然而,有机电解质面临着自身的挑战。由于大多数气体扩散电极 (GDE) 针对水基电解质进行了优化,并使用聚四氟乙烯 (PTFE) 作为非润湿/疏水粘合剂,因此了解有机电解质如何与这些 GDE 相互作用是必要的。多孔系统内的非润湿区域对于提供存在气体、电解质和活性材料的多个三相接触点至关重要。液体用薄膜覆盖活性区域,确保离子传输到活性位点,而非润湿区域确保气体正确传输到活性区域。图 1 显示了 PTFE 附近的水基电解质膜的示意图,以及电流密度与电极表面液膜厚度之间的关系。在 PTFE 附近,仅形成一层薄液膜,阻碍了离子传输(橙色区域)。在电解质层较厚或孔隙被淹没的另一侧,氧气向活性侧的扩散受到长扩散路径的阻碍(黄色区域)。液体中氧气扩散缓慢会导致浓度过电位增加。在这两个区域之间,离子传输和氧气扩散长度之间的最佳平衡可产生最大电流密度(绿色区域)。如果使用具有优异润湿性能的电解质,则绿色区域中的三相区域会减少,多孔系统的电化学性能会降低。最终,完全淹没的电极(几乎所有活性位点都被液体覆盖)会导致性能不佳。[2] 此问题尤其会出现在表面张力低的有机液体中。[3] Wagner 等人研究了缓慢增加电解质渗透的影响。对于碱性燃料电池,他们观察到 PTFE 分解,因此多孔系统内部疏水区域会损失。这降低了三相边界的厚度,5000 小时后电化学性能损失 12-15%
一种非常有前途的原子薄半体导管的材料类是过渡金属二分法元素(TMDC)。该材料类在MX 2(M¼TransitionsMetal;x¼s,se,te)层中具有较强的共价键结晶,但相对较弱,但相对较弱,可以切断大量晶体的单层。由单层制造的设备可以描述为仅接口的设备,并且已经显示了TMDC作为气体传感器的应用。[14]为了能够在高性能的FET应用中使用TMDC,过度出现的主要挑战是这些单层的缺陷控制。[15]两种主要类型的缺陷是晶界,金属或金属葡萄染色体空位。既会降低材料的电性能,但是空缺也为使单层官能化的额外途径开辟了一条额外的途径,可以在传感器应用中进行优势。[16 - 20]最近,已经显示了使用去离子化(DI)水的基于MOS 2的FET装置的运行;但是,使用MOS 2多层。[21,22]这些结果构成了在