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  • 制造廉价,性能更好的锂离子电池
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  • 锂基电池中的电极 - 电解质界面
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制造廉价,性能更好的锂离子电池
制造廉价,性能更好的锂离子电池
南加州大学维特比工程学院的研究人员通过开发性能更好,更便宜的材料用于阳极和阴极(分别为负极和正极),改善了锂电池的性能和容量。 锂离子电池是一种流行的可充电电池,常见于便携式电子产品和电动或混合动力汽车中。传统上,锂离子电池含有石墨阳极,但硅最近已成为一种有前途的阳极替代品,因为它是地球上第二丰富的元素,理论容量为3600毫安小时/克(mAh / g),几乎为10倍于石墨的能力。锂离子电池的容量取决于阴极和阳极中可以存储多少锂离子。在阳极中使用硅会大大增加电池的容量,因为一个硅原子可以键合高达3.75锂离子,而对于石墨阳极,每个锂原子需要六个碳原子。 USC Viterbi团队开发了一种具有成本效益(因此具有商业可行性)的硅阳极,其稳定容量高于1100 mAh / g,延长600次循环,使其阳极功率几乎是典型商用阳极的三倍,持续时间更长。 直到最近,锂离子电池中硅阳极的成功实施面临一个很大的障碍:由于使用硅产生的体积膨胀和收缩导致的电极严重粉碎。去年,由USC Viterbi电气工程教授Chongwu Zhou领导的同一团队使用多孔硅纳米线开发了一种成功的阳极设计,使材料能够膨胀​​和收缩而不会破裂,从而有效地解决了粉碎问题。 然而,该解决方案产生了新的问题:制造纳米结构硅的方法对于商业采用来说过于昂贵。 没有被吓倒的研究生Mingyuan Ge和周氏团队的其他成员建立在他们以前的工作基础上,通过简单而廉价的球磨和染色蚀刻方法开发出一种经济有效的多孔硅颗粒生产方法。 “我们生产纳米多孔硅阳极的方法成本低,可扩展,适用于工业制造中的大规模生产,这使得硅成为下一代锂离子电池的有希望的阳极材料,”周说。“我们相信这是在锂离子电池中应用硅阳极以提高容量和性能的最有前景的方法。” 此外,研究生Jiepeng Rong和其他团队成员开发了一种用氧化石墨烯涂覆硫粉的方法,以提高锂硫电池的性能。多年来,硫一直是一种很有前途的阴极候选物,因为它具有很高的理论容量,比传统的金属氧化物或磷酸盐阴极高10倍以上。元素硫也很丰富,价格便宜,毒性低。然而,硫的实际应用受到包括导电性差和可循环性差的挑战的极大阻碍,这意味着电池在每次充电后断电并且在较少次充电后死亡。 他们的研究证明,硫磺上的氧化石墨烯涂层可以解决这两个问题。氧化石墨烯具有独特的性质,例如高表面积,化学稳定性,机械强度和柔韧性,因此通常用于涂覆传感器或太阳能电池等产品中的芯材料以改善其性能。该团队的氧化石墨烯涂层将硫阴极的容量提高到800 mAh / g,进行1000次充电/放电循环,这是商用阴极容量的5倍以上。 周和他的团队最近在Nano Letters [1] 上发表了关于硅阳极的结果。本文是周,USC Viterbi研究生Mingyuan Ge,Jiepeng Rong和Xin Fang,以及南加州大学电子显微镜和微量分析中心的Matthew Mecklenburg以及中国浙江大学和劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员的共同努力。 。另外,Zhou,Rong,Ge和Fang也在Nano Letters上公布了他们的方法,以便轻松生产用于锂离子电池的石墨烯涂层硫阴极[2]。 现在他们对负极和正极的单独测试已经取得了很好的效果,现在团队正在努力用一个完整的电池一起测试它们。他们接下来将硅阳极与硫阴极以及其他传统阴极材料集成在一起,以最大化锂离子电池容量和整体性能。 “据我们所知,我们的硅阳极和硫阴极技术都是最具成本效益的解决方案,因此有望实现商业化,使下一代锂离子电池为便携式电子产品和电动汽车提供动力。 ,“USC Viterbi研究生荣说。 更多无人机和电池信息可访问:www.ace-pow.com
将电池与其他电源进行比较
将电池与其他电源进行比较
了解电池如何在准备和效率方面超越其他电源,但缺乏寿命和成本。人们听到了电池技术的巨大改进,每种技术都有明显的优势,但没有一种可以满足当今所有的能源需求。尽管电池具有许多优于其他能源的优点,但它也具有需要解决的主要限制。 储能电池储存能量相当好并且持续很长时间。原电池(不可充电)比次级(可充电)保持更多能量,自放电更低。基于铅,镍和锂的电池需要定期充电以补偿能量损失。 比能量(容量)与化石燃料相比,电池的储能能力不那么令人印象深刻。汽油质量能量超过12,000Wh / kg。相比之下,现代锂离子电池仅承载约200Wh / kg; 然而,电池具有比热力发动机更有效地输送能量的优点。 响应通过准备在短时间内发货,电池比其他电源具有很大的优势 - 想想相机闪光灯的快速动作!与内燃机(ICE)的情况一样,没有预热; 电池电量在几分之一秒内流动。相比之下,喷气发动机需要几秒钟才能加速,燃料电池需要几分钟才能获得动力,而机车的冷蒸汽发动机需要数小时来增加蒸汽。 功率带宽大多数可充电电池具有宽的功率带宽,这意味着它们可以有效地处理小型和大型负载,这与柴油发动机共享。相比之下,燃料电池的带宽很窄,并且在特定负载下工作得最好。喷气发动机也是如此,它以规定的每分钟转数(RPM)最有效地运行。 环境电池运行清洁并保持相当凉爽。大多数密封的细胞没有通风口,安静地运行并且不振动。这与ICE和需要压缩机和冷却风扇的大型燃料电池形成鲜明对比。ICE还需要进气和排出有毒气体。 效率电池效率很高。锂离子电池的充电效率为 99%,放电损耗小。相比之下,燃料电池的能效为20%至60%,ICE为25%至30%。在最佳进气速度和温度下,波音777喷气式客机上的GE90-115可实现37%的效率。电池的充电效率与接受充电的能力相关。 安装密封电池可在任何位置运行,并提供良好的抗冲击和振动。大多数ICE必须处于直立位置并安装在减震阻尼器上以减少振动。热力发动机还需要进气歧管和排气消声器。 运营成本锂和镍基电池最适合便携式设备; 铅酸电池对于轮式移动和固定应用是经济的。价格和重量使得电池在大型车辆中的电动动力系统不实用。从电池获取能量的成本比从交流电网获取能量高出约三倍。计算包括电池的成本,从电网充电以及最终更换的预算。 保养除了给淹没的铅蓄电池浇水和锻炼NiCds以防止“记忆”外,可充电电池维护成本低。服务包括清洁外部端子上的腐蚀累积并定期进行性能检查。 使用寿命即使不使用,可充电电池的使用寿命也相对较短。3至5年的使用寿命对于消费产品来说是令人满意的,但对于较大的电池来说这是不可接受的。混合动力汽车和电动汽车电池保证8 - 10年; 燃料电池可提供2,000-5,000小时的服务,并且根据温度,大型固定电池可以使用5到20年。 极端温度与糖蜜一样,低温使电化学反应变慢,电池在低于冰点时表现不佳。燃料电池存在同样的问题,但内燃机一旦预热就会很好。快速充电必须始终高于冰点。在高温下操作可提高性能,但由于增加的应力,这会导致快速老化。 充电时间这里,电池具有无可争议的缺点。基于锂和镍的系统需要1-3个小时才能充电; 铅酸通常需要14个小时。相比之下,用燃料填充车辆只需几分钟。虽然一些电动车可以在不到一小时的时间内在高功率插座上充电至80%,但锂离子电池在超快速充电时会受到压力。 处置镍镉和铅酸电池含有危险物质,不能在垃圾填埋场处理。镍金属氢化物和锂系统是环保的,可以少量包含在普通家庭用品中,但当局建议所有电池都要回收利用。 更多无人机及电池信息可访问:www.ace-pow.com
锂基电池中的电极 - 电解质界面
锂基电池中的电极 - 电解质界面
电极-电解质界面一直以来锂(Li)的诞生一个关键问题为基础的电池(锂或Li + -离子电池)用液体电解质和在最近几年操作以提高工作电压。关于强烈追求的基于固体电解质的(聚合物或陶瓷电解质)锂和Li +,电极 - 电解质界面行为也是关注的焦点。 - 电池。理解电极 - 电解质界面处的相关化学/电化学反应,结构/组成特征和热力学/动力学行为对于开发提高整体电池性能的策略是至关重要的。虽然多年来一直强调相关研究,但对界面现象的基本认识和增强界面性质的实​​用策略仍然有限或模糊。由于界面行为的复杂性,未来的研究和开发需要涉及化学,物理,材料科学,纳米科学/纳米技术以及计算建模/模拟等学科的协作。本综述介绍了主要发现,最近的进展,+电池。该评价中提供的信息有望受益当前栗 + -离子技术和未来一代固态锂和Li +是基于聚合物电解质或陶瓷的固体电解质-离子电池。 更多无人机和电池信息可访问:www.ace-pow.com

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