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2005中国储能电池与动力电池及其关键材料学术研讨会

2005中国储能电池与动力电池及其关键材料学术研讨会

  • 召开年：2005
  • 召开地：长沙
  • 出版时间： 2005-05-12

主办单位：中国材料研究学会

会议文集：2005中国储能电池与动力电池及其关键材料学术研讨会论文集

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  • 摘要：自1973年,Wright等发现聚氧化乙烯(PEO)与碱金属盐配位具有离子电导性[1],1979年Armand提出将PEO-碱金属盐配合物作为具有碱金属电极的新型可充电池的离子导体[2]开始,聚合物电解质逐渐得到了人们广泛而深入的研究.PEO是被研究得最早且最为广泛的聚合物电解质基质材料,在不加增塑剂得条件下,能与锂盐实现稳定混合,但其低温时电导率较低使电池的大电流放电受到阻碍[3],在较高温度下虽具有较高的电导率,但此时聚合物电解质膜的机械强度较差.由此发展出了几种提高低温电导率的方法.一种是向其中添加以有机溶剂作增塑剂所形成的凝胶聚合物电解质,另一种是全固态聚合物复合电解质.向全固态聚合物复合电解质中添加无机物填料(如γ-LiAlO2,Al2O3,TiO2,SiO2和沸石等)[4],早期是为了提高机械强度,同时在实验中观察到电导率和界面稳定性的提高.本实验考察了SiO2颗粒度对PEO-LiClO4电解质体系电导率的影响.另有报道,PEO和含氟聚合物PVDF共混,体系电导率及机械性能均得到了较好的改善[5],本实验考察了另一种含氟聚合物P(VDF-HFP)对PEO-LiClO4体系的影响,并就此同无机SiO2的影响作了一定的分析比较.
  • 摘要：本文介绍了如何采用国产材料结合自行开发的关键材料制备技术，成功地组装千瓦级全钒氧化还原液流电池堆技术。
  • 摘要：电解液是影响锂离子电池正极材料电化学性能的一个重要因素.由于晶体结构,热力学稳定性及电子导电和离子扩散性能等方面的差异,不同的电极材料在电解液的电化学行为不尽相同,对层状LiCoO2和尖晶石LiMn2O4已有详细的研究[1,2].然而对于橄榄石结构LiFePO4的电化学性能与电解液的关系,却鲜有报道.因此,本文对LiFePO4在不同电解液体系中的电化学行为进行了研究.LiFePO4由固相法合成[3],为提高材料的导电性能,加入碳水化合物作添加剂,最后产物的碳含量约为2﹪.组装模拟电池检测LiFePO4材料在不同电解液体系中的充放电性能,电池的装配过程见文献[4].正极为含85﹪活性物质的混合物,负极为锂片,隔膜为Celgard2400聚丙烯多孔膜,电解液分别为北京星恒电源股份有限公司提供的1mol/LLiPF6的(EC+DEC/1:1),(PC+EC+DEC/1:2:2),(EC+DMC/1:1)和1mol/LLiClO4的(PC+DME/1:1),(EC+DEC/1:1)混合溶液.模拟电池在力兴电池测试仪上进行充放电测试,电压范围为2.4-4.1V,电流密度为0.3mA/cm2.
  • 摘要：La-Mg-Ni系PuNi3型贮氢合金作为镍氢电池负极材料具有高比能易活化的特点,受到人们的普遍关注.但同时PuNi3型合金电极循环稳定性较差,因此如何改善PuNi3型合金电极循环稳定性成为La-Mg-Ni系合金研究的热点.本文在PuNi3型合金研究的基础上,成功的合成了La-Mg-Ni系Ce2Ni7型贮氢合金,发现Ce2Ni7型合金电极具有和PuNi3型合金电极相近的电化学放电容量,而Ce2Ni7型合金电极的高倍率放电性能和循环稳定性明显优于PuNi3型合金电极,La1.5Mg0.5Ni7合金电极在900mA/g电流密度下的高倍率放电性能高达92.32﹪,70次循环之后的电化学容量保持率可达84.7﹪.为了进一步改善Ce2Ni7型合金电极的循环稳定性,系统的研究了La1.5Mg0.5Ni7-xCox(x=0,1.2,1.8)合金电极的结构和电化学性能.SEM和EDS分析表明合金表现出较好的单相组织结构;Rietveld方法对x射线衍射数据和中子衍射数据进行了联合分析,试验结果表明合金为Ce2Ni7型结构,Mg原子仅占据和分布在Ce2Ni7型单胞4f1位置,即Laves单元中;而Co原子则主要分布在Ce2Ni7型单胞中4e、4f、6h和12k位置,在2a位置没有发现Co原子,即Co原子仅占据和分布在CaCu5单元中;随着Co含量的增多,由于Co的原子半径较Ni的原子半径略大,单胞的点阵参数呈逐渐增大的趋势.合金的热力学研究表明,Co含量的增多使得贮氢合金的吸放氢平台略有降低,但对合金的储氢量影响不大,合金电极的滞后效应较小(约0.35).合金电极的电化学分析表明,合金电极具有良好的电化学活化特性,电极均可在3次电化学循环内达到最大放电容量;随Co含量的增多,合金电极电化学最大放电容量分别为394.51mAh/g、391.49mAh/g和405.69mAh/g;合金电极的循环稳定性随Co含量的增多呈现逐渐恶化的趋势,70次循化之后的电化学容量保持率从84.7﹪(x=0)降低到68.9﹪(x=1.8),Co在改善Ce2Ni7合金电极和AB5型合金电极循环稳定性中的作用表现出明显的不同,这主要与Co元素在Ce2Ni7型单胞中的分布有关.随合金中Co含量的增多,由于合金氢化物稳定性的提高,合金电极的高倍率放电性能有不同程度的降低.合金电极的电化学动力学分析表明,合金电极均具有较好的电催化活性,氢在贮氢合金体相中的扩散速率是影响合金电极反应速率的关键步骤.总之,无CoLa-Mg-Ni系Ce2Ni7型合金电极表现出良好的综合电化学性能,有望成为镍氢电池的新型负极.
  • 摘要：随着世界能源紧张和环境污染问题的加剧,氢能作为清洁能源成为研究的热点.电解水制氢是目前廉价制备氢气的重要方法之一,它是电能转化为化学能的有效方法.但是由于析氢过电位的存在,使得电解过程中槽压大,能耗高;为了降低能耗,研究开发高析氢催化活性的电极材料具有十分重要的意义.提高电极析氢催化活性主要有两个方法:一是可以通过提高电极表面的真实表面积,降低电解过程中电极表面的真实电流密度,二是寻找高催化活性的新型析氢材料.铂系金属具有优良的析氢催化活性,但是由于其价格昂贵,实用价值十分有限.研究表明,过渡金属材料有特殊的d电子结构,因而具有令人满意的析氢催化活性;研究中还发现,含有未成对d电子的过渡金属与具有全空或半空轨道的金属之间能够产生协同效应,从而获得析氢性能优良的合金镀层.目前析氢催化活性最好的二元合金是Ni-Mo合金,它具有很好的耐蚀性和析氢过电位.
  • 摘要：随着城市空气污染的日趋严重,电动汽车用电池的研发受到越来越多的重视.具有低成本和高功率性能的镍氢电池被认为是最有希望应用在电动汽车上的动力电池之一.研究发现,氢氧化镍的颗粒尺寸越小,质子扩散系数越高,电化学性能越好.纳米尺度的β-Ni(OH)2可以提高镍氢电池的电化学性能.但纳米氢氧化镍只能作为添加剂使用,在微米尺度的球形氢氧化镍中加入纳米氢氧化镍,比容量增加近10﹪.或者在制作纳米氢氧化镍电极时,加入过量的导电剂,使纳米氢氧化镍的比例少于60﹪,其比容量在1C放电时可以达到253mAh/g-Ni(OH)2.
  • 摘要：AB5型混合稀土贮氢合金是新型镍氢电池的关键材料.贮氢合金的电化学性能是由合金的成分、微观结构和表面状态决定的,贮氢合金的制备工艺-熔炼、热处理、制粉和表面处理等对合金的成分均匀性和微观结构影响很大.目前贮氢合金的主要制粉工艺有以下几种:氢化法、气体雾化法和机械破碎法,这些方法所得到的合金粉都要进行后续的表面处理.本文研制一种新的制粉工艺-湿法球磨制粉,将合金的制粉工艺与表面处理相结合.贮氢合金块在液体介质中,通过添加表面改性剂并调节适当的球磨参数,在球磨制粉的同时对贮氢合金进行表面处理以期望得到性能优异的贮氢合金粉.本文研究了在不同液体介质,水体系(含KBH4、)或50﹪乙醇体系(含KBH4、)中湿法球磨对贮氢合金的相结构和电化学性能的影响。
  • 摘要：尖晶石型LiMn2O4正极材料以其资源丰富、成本低廉、易于制备、安全性、无污染等优点,被认为是现今最具发展前景的锂离子电池正极材料之一.但是其也存在着高温循环寿命差和容量衰减的问题.本文探讨了尖晶石LiMn2O4掺杂研究进展。
  • 摘要：锂离子电池是新一代的绿色高能电池,具有电压高、能量密度大、循环性能好、自放电小、无记忆效应、工作温度范围宽等众多优点,广泛应用于移动电话、笔记本电脑、摄录机、电子仪表、武器装备等.近年来,锂离子电池的产量飞速增长,应用领域不断扩大,已成为在二十一世纪对国民经济和人民生活具有重要意义的高新技术产品.电极材料是锂离子电池的重要组成部分,电极材料性能在很大程度上决定了电池的综合性能.电极材料研究和性能改进是锂离子电池发展的核心之一.铁基电极材料具有价格低廉、原料丰富、无毒无害等优点,一直是人们关注的焦点.本文探讨了锂离子电池电极材料磷酸铁的研究进展。
  • 摘要：随着人类社会的进步,高科技范畴的空间技术、移动通信、航空航天、信息产业及军事军备等领域的快速发展带动了高储能、高性能化学电源(电池)的高速研究与开发.由于锂是已知元素中电负性最低和质量最轻的金属元素,理论上由锂组成的电池具有开路电压高、质量(或体积)比容量大等特性.本文探讨了锂离子电池正极材料的研究现状与展望。
  • 摘要：尖晶石LiMn2O4以锰资源丰富、成本低廉、安全性好、污染小、易回收等优点引起了研究者的极大关注,被认为是最有希望取代LiCoO2的正极材料之一,尤其在电动车和大型储能装备上的具有广阔的应用前景.但尖晶石LiMn2O4容量衰减快和循环性能差问题一直未得到很好的解决,成为制约其商品化应用的重要障碍.因此本文结合阴阳离子掺杂的各自优点,采用机械活化-固相合成法进行阴阳离子复合掺杂制备LiCo0.09Mn1.91O4-xFx正极材料,并利用XRD、SEM、EDS、ICP-AES、AAS等分析测试手段分析了F掺杂量对产物的组成、结构、形貌及电化学性能的影响.
  • 摘要：由于锰的资源丰富,价格低廉(锰的价格为钴的1/40,镍的1/20),无毒,制备工艺简单等诸多优点,尖晶石型锰酸锂成为替代钴酸锂作为锂离子电池正极材料的有力竞争者.但是尖晶石型锰酸锂的理论比容量不高,高温下循环稳定性不好,成为制约其发展的瓶颈.通过掺杂的方式进行改性的锰酸锂性能有了一定的提高.本文在掺杂改性的基础上,在锰酸锂中机械混入钴酸锂,作为混合的锂离子电池正极材料,对其电化学性能进行了研究.
  • 摘要：由于价格低廉,资源丰富,热稳定性及循环性能优良等诸多优点,LiFePO4已经成为目前最具应用潜力的锂离子电池正极材料之一.但该材料远低于商品化锂离子电池正极材料的电导率和离子扩散系数(LiFePO4在室温下电子电导率仅为10-11S/Cm,离子扩散系数为10-14左右)一直制约着它的发展.目前能有效提高LiFePO4电导率、改善材料性能的方法主要有两类:一是通过表面包覆导电物质或制备LiFePO4/导电物质的复合物来提高材料的电导率;另外一类是通过元素掺杂来提高材料的体相电导率或改善其离子扩散特性.2002年Chiung等人研究了阳离子Al3+、Mg2+、Nb+等掺杂对LiFePO4电导率的影响,发现掺杂Nb+等可以将其电导率提高8个数量级,达到甚至高于一般商品化锂离子电池正极材料.本研究通过高温固相法制备了VO离子以整比2﹪和4﹪掺杂LiFePO4材料的电化学性能,重点研究了2﹪的VO掺杂后的LiFe0.98VO0.02PO4材料的结构及电化学性能。
  • 摘要：随着微电子技术的发展,电子设备的微型化对电源提出了更高的要求.二十世纪八十年代以来,锂电池由于自身优点获得了长足的发展和广泛的应用.因此薄膜锂电池的制备被提上日程。本实验采用校内陶瓷重点实验室的热压炉,经由热压法制备靶材.本实验采用石墨、碳化硅、刚玉等多种材料的模具制作靶材,并对实验结果进行测试,对工艺进行了初步探讨。
  • 摘要：为了提高锂离子电池的安全性,LiMn2O4、LiFePO4和LiCo1/3Mn1/3Ni1/3O2有望被用作锂离子动力电池的正极材料.但现用的电解质盐LiPF6遇微量杂质水后有HF形成,产生的HF会腐蚀正极材料及集流体,因而会降低电池的循环寿命.采用LiBOB电解液时,电池的高温循环寿命大大提高,并能在纯PC溶剂中稳定石墨负极,这是其他盐所不具备的性质,它拓宽了电池的使用温度范围,能够有效提高电池的安全性.同制备条件苛刻、污染严重的LiPF6相比,LiBOB制备原料易得,制备方法简单,复合环保要求,在锂离子动力电池领域具有很大的应用潜力和发展前景.但是含LiBOB电解液与正极材料的匹配上存在一些问题,例如界面问题等.本文通过恒电流充放电实验,交流阻抗等实验研究了LiMn2O4和LiCo1/3Mn1/3Ni1/3O2正极材料在LiPF6,LiBOB/EC6+DMC+DEC电解液中电化学性能及电极/电解液界面状况.
  • 摘要：具有六方层状结构的LiCoO2作为锂离子电池正极材料已经商品化,为了满足锂离子电池对正极材料高性能、安全、无污染、低成本的应用要求,选用锰资源丰富的层状锂锰氧替代价格昂贵、有污染的LiCoO2是当前研究的重点.六方层状锂锰氧如LiNi0.5Mn0.5O2[1-3]、Li[CoxLi(1/3-x/3)Mn(2/3-2x/3)O2[4]及多元掺杂的Li(CoyNixMn1-x-y)O2[5-6]固溶体因结构稳定而显示出优异的电化学性能,引起了科研工作者的广泛重视.但是由于Li(Li1/3Mn2/3)O2中Mn以+4价存在而没有电化学活性,而且LiCrO2电化学性能很差,因此对LiCrO2-Li(Li1/3Mn2/3)O2固溶体的研究一直未引起足够重视.从六方层状锂铬锰氧固溶体的合成[7-16]来看,LuZ等人[7]采用溶胶-凝胶法制备锂铬锰氧前驱物,然后在900℃高温煅烧制备的层状Li(CrxLi1/3-x/3Mn2/3-2x/3)O2的比容量高;Myung等人[8]采用乳液法制备锂铬锰氧前驱物,干乳胶在300℃燃烧后在400℃于空气中焙烧后在850℃煅烧制备的层状LiMnxCr1-xO2(0≤x≤0.6),在2.7-4.3V,20mA/g电流密度下最大放电容量为170mAh/g;Guo等人[9]将碳酸锰、三氧化二铬、碳酸锂为原料经机械球磨后在1000℃高温下于氩气气氛中煅烧获得了六方层状结构Li(Li03Cr0.1Mn0.6)O2,小电流密度充放电首次放电比容量为185mAh/g,Wu等人[10]采用燃烧法制备的层状Li(CrxLi1/3-x/3Mn2/3-2x/3)O2的放电比容量可达260mAh/g.可见,层状锂铬锰氧固溶体具有较好的电化学性能,原料前处理、焙烧温度、环境气氛及固溶体组成对其微观结构与性能影响较大,六方层状锂锰氧固溶体的合成均在氮气或氩气氛下进行,但据我们对锂镍钴锰氧合成机理的研究,我们推测在空气气氛下也应该能合成六方层状锂铬锰氧固溶体,本文报道了采用液相法使锰、铬、锂反应物达到分子、原子级混合,在空气气氛中合成Li(CrxLi1/3-x/3Mn2/3-2x/3)O2的初步研究结果,分析了Li(CrxLi1/3-x/3Mn2/3-2x/3)O2的结构及Li/Li(CrxLi1/3-x/3Mn2/3-2x/3)O2模拟电池的电化学性能。
  • 摘要：铝的电极电位负,为-1.66V(vs.SHE),电化当量高(2.98Ah/g),是一种理想的阳极材料.但是由于铝在空气和水中表面形成一层致密的氧化膜,使其在中性溶液中处于钝化状态.而在酸性或碱性溶液中铝表面氧化膜被溶解而发生腐蚀,导致阳极的法拉第效率大大降低.这一直是影响铝作为阳极材料应用和深入研究的障碍.为了解决这些问题,通常采用添加其他元素的办法来改善铝电极的电化学性能.合金元素的存在不仅破坏了铝氧化膜的钝性、活化铝阳极,而且对铝阳极的电化学性能和金相结构有很大的影响.稀土金属具有较高的化学活性,电位很负,是一种良好的还原剂.本文以掺入合金元素Zn5﹪、Sn0.1﹪、In0.05﹪(均为质量百分数)的铝合金为基体,熔炼制得不同稀土Ce含量的铝合金,制作成电极,以镍片作为辅助电极,饱和甘汞电极为参比电极,4mol·L-1NaOH为电解液,通过极化曲线、循环伏安测试研究合金的电化学性能,还测试了在碱性介质中稀土铝合金的析氢腐蚀特性,并利用扫描电子显微镜(SEM)观察研究了电极的表面形貌,利用Finder1000能谱仪(EDAX)对铝合金样品中的偏析相和表面组织的微米区域进行了化学成分分析.
  • 摘要：尖晶石LiMn2O4正极材料具有价廉、低毒、安全等优势,被认为是较理想的动力锂离子电池正极材料之一.该材料的主要不足是较快的容量衰减,而用某些金属离子(如Co、Cr、Al等)替代部分锰离子可显著改善循环特性,此技术已在商品化LiMn2O4正极材料中得到广泛应用.就目前LiMxMn2-xO4材料的制备而言,其煅烧温度虽比LiCo2O4低(700～800℃),但加热时间要长很多(48～72小时).虽然该材料的原材料成本低,但生产成本却较高.因此,如何采用较低生产成本制备出优良电化学性能的LiMxMn2-xO4对其大规模应用是至关重要的.煅烧温度与时间是影响生产成本的主要因素,且具有相互关联性.本文将重点探讨煅烧温度与时间对LiM0.1Mn1.9O4(M=Co,Cr,Al,Ti)结构、粒度及电化学性能的影响,并针对不同掺杂材料确定出适宜的煅烧条件.
  • 摘要：二次锂离子电池的过充电保护在军事和商业化应用上是非常重要的,过度充电会导致溶剂分解,电池的燃烧或爆炸.为防止锂离子电池过充,目前传统的方法是在电池的安全帽内安装PTC[1]聚合物开关、电流中断装置、防爆安全阀或通过外加专用的过充保护电路(通过监测电池的电压并反馈给充电器来中断电池的过充)来实现.虽然上述方法都有一定效果,但增加了电池的成本与复杂性,并且不能彻底解决过充造成的安全性问题.因此建立一种内在的保护机制非常重要.电聚合保护是一种有效的安全保护办法,其原理是在电池内部添加某种聚合物单体分子,当电池充电到一定电势时,电聚合反应发生,阴极表面生成的导电聚合物膜可使电池通过自放电至安全状态.本文用环己苯作为锂离子电池过充保护添加剂,并对其过充保护行为和电池的循环性能进行了测试.
  • 摘要：随着锂离子电池材料研究和发展的不断深入,锰酸锂正极材料逐渐成为近年来的研究热点.以廉价的MnSO4,NH4HCO3和氨水为原料制备MnCO3,热分解后得到Mn2O3作为制备锰酸锂的前躯体,是一条很有应用前景的新的合成路线.MnCO3的热分解是一个比较复杂的过程,在300～400℃时可以分解得到MnO2,以此为前躯体可合成尖晶石锰酸锂.但分解条件苛刻,且得不到纯相,需要进一步的精制才能得到制备锰酸锂的MnO2前躯体.本文利用控制结晶法,以廉价的MnSO4、NH4HCO3和氨水为原料,制备出球形MnCO3.通过对MnCO3热分解产物的DTA/TG和XRD分析,研究了MnCO3热分解反应机理,确定了MnCO3完全分解为立方相Mn2O3的最佳工艺条件.热分解得到的Mn2O3为形貌规则的球形粉体.然后以球形Mn2O3为前驱体制备LiMn2O4球形锰酸锂。
  • 摘要：本文探讨了锂离子电池高密度球形系列正极材料。锂离子电池的问世已将近20年,目前占统治地位的仍是以钴酸锂(LiCoO2)为正极材料的锂离子电池.正极材料是锂离子电池的重要组成部分,正极材料性能在很大程度上决定了电池的综合性能.正极材料研究和性能改进是锂离子电池发展的核心之一.锂离子电池不断向高能量密度的方向发展,即要求一定体积的电池储存更多的电能,或要求储存一定电能的电池体积更小,以满足各种用电设备和用户需求发展的需要.这就要求正极材料不断向高质量比容量、高堆积密度和高体积比容量的方向发展.对目前广泛使用的LiCoO2正极材料来说,进一步提高质量比容量的余地已经很小.因此要进一步提高使用LiCoO2正极材料的锂离子电池的能量密度,必须提高LiCoO2正极材料的堆积密度和体积比容量.实践证明,通过LiCoO2正极材料粉体颗粒的球形化是提高材料堆积密度和体积比容量的有效途径.
  • 摘要：当前在锂离子电池中主要使用有机溶剂型粘合剂聚偏氟乙烯(PVDF).溶剂为N、N-二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基吡咯环酮(NMP)等,溶剂的使用比例约等比于所用活性物质的量,不仅生产成本高、回收费用大、严重污染环境、生产现场毒性大,而且在涂布干燥过程中还需防暴处理.另一方面由于PVDF中含有氟,容易与嵌锂石墨等发生反应,导致锂离子电池性能下降,且因PVDF本身对离子及电子的绝缘特性也影响电池性能的发挥.与溶剂型粘合剂相比,水基型粘合剂具有无溶剂释放,符合环境要求,成本低,不燃,使用安全等特点,成为粘合剂行业的重要发展方向.目前常用的水基型粘合剂有酚醛树脂型、氨基树脂型、聚丙烯酸脂型、橡胶型乳液胶、乙烯-乙酸乙脂型等.能否将水基粘合剂引入到锂离子电池的极片涂布工艺中亦成为近年化学电源界关注的热点,但该类粘合剂一般都含有亲水基团,如何消除此类亲水基团及所用溶剂水对电池性能的影响,是其成功应用与商品化锂离子电池的关键.
  • 摘要：镍氢动力电池是以氢氧化镍为正极材料以储氢合金为负极材料构成的碱性蓄电池体系.在综合技术上具有比能量较高,电池的输出、输入比功率高、电池寿命长、生产流程及产品均对环境无污染、电池的材料技术相对较成熟、在国外电动车市场上已具有较成功的应用等特点,在我国"十五"电动车发展计划中一直处于较重要的地位.镍氢动力电池不仅在其技术-产业-市场连环之间存在一定的相互制约关系,并且该连环与外围因素如材料技术等也存在相互制约关系,正确认识并积极处理好这些关系是目前由技术向产业推进的关键.
  • 摘要：锂离子电池因能量密度高、循环性能好、环境污染低等优点而被广泛应用于各种便携式电器.但现有锂离子电池的比容量仍然不能满足电子科技飞速发展所带来的需求,而目前正迅速发展的电动汽车对电池的比容量、比能量和原材料价格又提出了进一步的要求.有机二硫化物通过S-S键的断裂与键合来实现其能量的释放与储存,作为锂离子电池正极材料具有容量高(300-1000mAh/g)、工作温度低、原材料价廉、低毒等优点.在众多有机二硫化合物中,二巯基噻二唑(2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole,DMcT)因具有相对高的比容量(理论值为357mAh/g)、较长的循环寿命、制备简便等优点,多年来一直被认为最具有应用前景.但DMcT在室温下的氧化还原速度较慢,且材料的导电性能较差,因而限制了它的应用.近年来对它的研究集中在与其他材料的复合,如在DMcT中加入导电聚合物PAN、PPy或无机离子如Cu盐,以提高其电化学反应速率及循环性能.
  • 摘要：随着科学技术的发展,不断涌现出新的二次化学电源,像锌-银、镍-氢、锂离子电池等等,发展势头迅猛.但到目前为止,无论从产量上还是从应用领域上而言,铅蓄电池仍然占主导地位.如何提高铅蓄电他的质量比能量已成为世界化学电源界关注的课题.本文探讨了铅蓄电池的研究进展。
  • 摘要：锂离子电池的研究始于20世纪80年代,90年代由索尼公司推出了第一代锂离子电池,锂离子电池开始实现商业化,并大量应用在移动电话、摄像机、笔记本电脑上.锂离子电池正极材料的选择需要注意(1)对于锂离子的反复嵌入和嵌出要有结构的稳定性,即单位晶胞参数只发生很小的变化,确保良好的可逆性;(2)比能量高,循环性能好,易制备,成本低.锂离子电池的容量最终是由正极材料控制,所以选择合适的正极材料显得尤为重要.以磷酸根聚合阴离子为基础的正极材料[2-5]已经成为锂离子电池的活性材料,它能够产生比较高的氧化还原电位,锂离子扩散的通道加大,能够很好的嵌入或脱嵌.主要是由于磷酸根离子的加入,用磷酸根替代了氧离子使化合物的三维结构发生了变化,使其具有很好的电化学和热力学稳定性和比较高的比容量[6-8].
  • 摘要：碳热还原法由J.Barker等人提出并应用于锂离子电池正极材料的合成[1].与实验室中传统的H2还原方法相比,碳热还原法(CTR)具有成本低,适合于工业大规模制备的优点.在制备锂离子电池正极材料过程中过量的C还可以作为导电物质保留在活性物质中,从而提高活性物质的导电性能.碳热还原反应是基于C的如下两个反应[1]:C+O2=CO2(1)2C+O2=2CO(2)。本文采用CTR以LiOH·H2O、V2O5和NH3H2PO4为原料,以碳为还原剂合成了正极材料磷酸钒锂(Li3V2(PO4)3).系统地考察了不同条件下合成样品的电化学性能,从微观角度入手,分析了合成条件对样品电化学性能的影响.
  • 摘要：橄榄石结构的LiFePO4工作电压平稳、平台特性优良、容量较高、结构稳定、高温性能和循环性能好、安全无毒、成本低廉,已逐渐成为国内外新的研究热点.合成LiFePO4可采用多种方法,如高温固相反应法、水热合成法、溶胶-凝胶法、水溶液反应、碳热还原法等.其中最常用的是高温固相反应法,一般采用FeC2O4·2H2O或Fe(CH3CO2)2、NH4H2PO4或(NH4)2HPO4、Li2CO3或LiOH·H2O均匀混合,在惰性或还原气体保护下,经长时间高温焙烧合成LiFePO4.本文采用一种新方法合成LiFePO4,即预先合成与LiFePO4具有相似晶体结构的NH4FePO4·H2O前驱体,再与LiCO3和蔗糖均匀混合,通过高温固相反应法合成LiFePO4正极材料.由于前驱体晶体结构与目标产品的晶体结构具有相似性,在高温固相反应之前就达到"结构预置"的效果;反应过程中晶体结构变化较小,反应易于进行;因而合成时间短,产品性能优良.本文详细报道了NH4FePO4·H2O和LiFePO4的制备、结构和性能.
  • 摘要：LiNiO2理论容量与当前商业化电池广泛应用的电极材料LiCoO2接近,并且其自放电率低,对环境无污染,更有价格和资源上的优势,它是一种很有发展前景的锂离子电池正极材料.但是这种材料主要存在以下缺点:(1)较难合成计量比产物;(2)循环容量衰退较快;(3)热稳定性差.为了解决这些问题,本文作者采用共沉淀法,利用Mn、Co对LiNiO2进行表面包覆改性.
  • 摘要：燃料电池是一种高性能的、对环境无污染的新型化学电源[1-3].质子交换膜燃料电池是第五代先进的燃料电池,其按所使用的燃料可分为两大类:即氢氧燃料电池和直接甲醇燃料电池.相比于氢氧燃料电池来说,直接甲醇燃料电池的最突出优点就是甲醇来源丰富易得,价格便宜,易于携带和贮存.因此,直接甲醇燃料电池特别适宜于作为各种用途的可移动动力源.20世纪90年代直接甲醇燃料电池的研究与开发越来越受到基础科学界和工业界的重视.质子交换膜燃料电池的甲醇渗透问题是直接甲醇燃料电池目前存在的主要技术难点.目前在氢氧燃料电池中广泛使用的全氟磺酸膜如Nafion膜由于磺化程度高而具有较高的甲醇渗透率[4,5],从而造成燃料的损失,降低了电池的整体性能.因此,降低甲醇通过质子交换膜的渗透率,制备出阻醇性能好、高性能、低成本的质子交换膜材料,是开发高性能的直接甲醇燃料电池的重要课题.在本章,以商业化的聚苯乙烯为原料,控制其磺酸化程度,制备部分磺酸化聚苯乙烯磺酸膜,从而研究磺酸化程度对膜的质子传导性能、阻醇性能等所存在的影响,为日后研制低成本、高性能的DMFC用质子交换膜材料提供思路和理论依据.
  • 摘要：固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种将化学能直接转化成电能的电化学能量转化装置,是一种高效、经济、洁净发电技术之一.传统高温SOFC所带来的一系列问题,如电极的烧结,电解质与电极之间的界面化学扩散以及热膨胀系数不同的材料之间的匹配等,严重阻碍了SOFC商业化的进程.解决问题的方法在于降低电池的操作温度,使其工作在400-700℃的中低温区,这样可以保持传统SOFC的优点,又可避免因工作温度过高而带来的一系列问题,并延长材料的寿命.随着SOFC操作温度的降低,阴极的界面电阻迅速增加,成为电池内阻的主要来源.由La0.60Sr0.40CoO3-δ(LSC)和SDC组成的复合阴极由于扩大了阴极反应的三相界面(气相、阴极和电解质),大大提高了阴极的性能.复合阴极的界面性能同时也由阴极的微结构所决定,而微结构与阴极的制备过程有着很大的关系.本文报道了以Sm0.2Ce0.8O1.90(SDC)为电解质,用硝酸盐离子浸渍法和共烧法制备的LSC-SDC复合阴极.该阴极是先将多孔的SDC共烧到电解质层上去,作为容纳LSC阴极材料的三维空间框架,然后用离子浸渍法将加过甘氨酸的一定化学计量比的La,Sr,Co的硝酸盐溶液灌注到多孔的SDC层中去,高温煅烧使其转化为钙钛矿型的LSC阴极.利用交流阻抗谱研究该复合电极的界面电阻,其阴极微结构及单电池的性能测试正在进行。
  • 摘要：本文探讨了染料敏化纳米晶太阳能电池的研究进展。1839年Becquerel发现氧化铜或卤化银涂在金属电极上会产生光电现象,证实了光电转换的可能.自20世纪60年代起H.Gerischer,H.Tributsch,Meier及R.Memming发现染料吸附在半导体上并在一定条件下产生电流的现象,成为光电化学电池的重要基础.20世纪70年代Hond's和Fujishima用TiO2电极在光照作用下电解水获得成功,是电化学发展史上的里程碑.20世纪80年代,光电转换研究的重点转向人工模拟光合作用,美国州立Arizona大学的Gust和Moore研究小组成功模拟了光合作用中光电子转换过程,并取得了一定的成绩.20世纪70年代到90年代,R.Memming,H.Gerischer,Hauffe,H.Tributsh等人大量研究了各种染料敏化剂与半导体纳米晶间光敏化作用,研究主要集中在平板电极上,这类电极只有表面吸附单层染料,光电转换效率小于1﹪.1991年M.Gratzel研究小组采用高比表面积的纳米多孔TiO2膜作半导体电极及过渡金属Ru及Os等有机化合物作染料,并选用适当的氧化还原电解质研制出一种染料敏化纳米晶太阳能电池,使得染料敏化光电池的光电能量转换率有了很大提高,其光电能量转换率可达7.1﹪,入射光子-电流转换效率大于80﹪,1993年Gratzel等人再次报道了光电能量转换率达10﹪的染料敏化纳米太阳能电池,1997年其转换率达到了10﹪～11﹪.2003年台湾工业技术研究院能源资源研究所应用纳米晶体开发出的"染料敏化太阳能电池",根据报道,其光电转换效率可达8﹪～12﹪.日立制作所试制成功了色素(染料)增感型太阳能电池的大尺寸面板,在实验室内进行的光电转换效率试验中得出的数据为9.3﹪.2004年,染料敏化纳米晶太阳能电池开发商PeccellTechnologies公司(Peccell)宣布其已开发出电压高达4V(与锂离子电池电压相当)的染料敏化纳米晶太阳能电池,可作为下一代太阳能电池,有可能逐渐取代基于硅元素的太阳能电池产品.
  • 摘要：我国不仅是世界上最大的电池生产、出口与消费大国,更是小型二次电池的生产和消费大国.废旧二次电池的综合回收技术研究具有十分重要的经济意义.本文探讨了二次电池材料资源化循环利用的必要性及其研究进展。
  • 摘要：钒电池是以钒离子溶液为正负极活性物质的蓄电池[1,2].钒各种价态的化学行为很活跃,邻价电对电位差约为1.25v.钒电池的反应原理如下:正极:充电V(Ⅳ)→V(Ⅴ)+e放电V(Ⅴ)→V(Ⅳ)-e负极:充电V(Ⅲ)+e→V(Ⅱ)放电V(Ⅱ)-e→V(Ⅲ)基于钒电池具有优于其他其它氧化还原电池的特点,如无交叉污染、反应速度快、可深度放电、易于增减电池功率和容量等,因而它有着广泛的用途:电网调峰、应急电源、动力电源等.由于钒电池正负极的活性物质均为钒离子,钒离子的电化学反应程度决定着电池的充放电效率,因此有必要建立一种经济、简便、安全、有效的价态钒分析方法.价态钒的分析方法主要有发射光谱法和电位滴定法等,目前钒电池用电解液中价态钒分析以电位滴定为主,但报道的均是使用毒性较强、对人体危害教大的重铬酸钾作为滴定剂,而且操作相对繁琐.本文建立了以硫酸亚铁铵溶液为滴定液的一种安全、简便、有效的价态钒电位滴定分析方法。
  • 摘要：石墨毡质量损失在稀硫酸溶液中,本文探讨了石墨毡电化学氧化处理.考察了氧化程度(C·g-1)与石墨毡质量损失之间的关系.
  • 摘要：H3BO3是各种酸性镀液中最常用的缓冲剂之一,铅布电池镀液中也是用它做缓冲剂,实践证明,准确测定氟硼酸铅镀液中硼酸的含量对于稳定电镀工艺,保证电镀产品质量具有十分重要的意义,关于H3BO3的测定,已有许多报道,但在实验过程中发现由于镀液成分复杂,各种离子的相互干扰严重,将现有的各种硼酸测定方法应用于氟硼酸铅镀液中,不论是指示剂法还是电位滴定法,终点都很难确定,本文提出的以碳酸氢钠代替硫酸钠做沉淀剂,解决了这个实际问题.
  • 摘要：超级电容器,又称电化学电容器,作为一种新的储能元件,填补了传统电容器(如平板电容器、电解电容器)和电池之间的空白,它能提供比普通电容器更高的比能量和比二次电池更高的比功率以及更长的循环寿命,同时还具有比二次电池耐温和免维护的优点[1].超级电容器具有法拉级的超大电容量;其脉冲功率比蓄电池高近十倍.充放电循环寿命在十万次以上;有超强的荷电保持能力,漏电源非常小.充电迅速,使用便捷;无污染,有利于环保.因此,它在计算机、通信、电力、交通、航空、航天、国防等领域具有广泛的应用前景[2].各工业国家都纷纷把电化学电容器列为国家重点战略研究开发项目.1996年欧共体制定了超级电容器的发展计划,美国能源部及国防部也制定了相应的发展超级电容器的研究计划.国在"十五"国家863计划中要求研究满足电动车整车要求的超级电容器.超级电容器正成为研究热点.本文仅就超级电容器的应用领域、超级电容器电极材料与电解液的研究进展、超级电容器的发展方向进行了简单的论述.
  • 摘要：随着煤、石油等化石能源的日益枯竭,人类社会正面临着越来越严重的能源危机;在使用化石能源的过程中所产生的硫化物、氮氧化物以及碳氧化物等已经给环境带来了巨大的破坏.质子交换膜燃料电池作为一种可再生、清洁无污染的新型能源正受到越来越多的关注[1,2].直接甲醇燃料电池(DMFC)是一种以液体甲醇为燃料的新型质子交换膜燃料电池,具有比功率高、可低温启动、清洁环保等优点,很有希望作为电动汽车、电动摩托车、电动轮椅车以及手提电脑等的动力电源,具有广阔的应用前景.本文以自制的Pt-Co-W/C三元催化剂作为DMFC单电池的阳极催化剂,组装成单电池,考察了不同的操作条件对DMFC单电池电性能的影响。
  • 摘要：固体氧化物燃料电池(SOFC)-21世纪的高效绿色能源燃料电池是举世公认的高效、便捷和对环境几无污染的新型发电装置.其中,固体氧化物燃料电池(SOFC),被誉为"第四代燃料电池",具有更为突出的优点和特点。本文介绍了我国SOFC的发展方向。
  • 摘要：能源是人类赖以生存和社会发展的重要物质基础,是国民经济、国家安全和实现可持续发展的重要基石.随着我国国民经济持续高速发展,能源资源缺乏,结构不合理,环境污染严重等问题日益突出.大规模的电能储存技术在电力工业中用于电力的"削峰填谷",将大大改善电力的供需矛盾,提高发电设备的利用率.由于电能不能直接储存,必须通过能量转换.因此为充分利用各类发电系统并实现稳定供电,研究高效蓄电技术,特别是大规模的高效蓄电技术有重大意义,应该引起高度重视和付出切实努力。本文介绍了液流储能技术研究开发现状及展望。
  • 摘要：近年来,为解决高温固体燃料电池因工作温度(800～1000℃)高而使得其成本异常昂贵的矛盾,人们开始探索新的固体电解质材料,以开发工作在中温区(400～800℃)的固体燃料电池.近期有报道,采用无机盐和铈基氧化物制成的复合材料可以作为电解质使用.这些铈盐复合电解质,一方面,可以有效抑制电子导电和增强材料的稳定性,另一方面,高的电导率和相对较低的传导温度.这些新材料有望发展成为中温固体氧化物燃料电池,氢传感器,电化学方法合成氨等领域最实用和最有市场前景的材料.本文合成了一种新型氧化物-盐复合电解质,钇掺杂二氧化铈(YDC)与二元磷酸盐复合电解质,并对其结构及导电性进行了初步研究.在含氢的环境中,电化学方法研究表明这种复合材料在400～800℃温度范围内具有质子导电特性.
  • 摘要：非晶态物质由于其内部不存在晶态的晶界、错位、孪晶等问题,且无序性强,表现出许多不同于晶态材料的物理和化学特殊性能,并与电极材料的电化学活性密切相关.纳米微粒由于粒径小、比表面积大,具有小尺寸效应、表面效应和量子效应.通过复合掺杂,会出现键态失配,表现出非化学平衡或非整数配位化学价,从而带来物理化学性能异常.据此,本文通过采用微乳液法制备了掺杂Sn2+的纳米非晶态Ni(OH)2,并对其结构形态及电化学性能进行了研究.
  • 摘要：目前使用的碱性二次电池中,镍系列电池占有很重要的地位,其中金属氢化物-镍电池(MH-Ni电池)是一种新型的、正在发展之中的高容量二次可充电电池,其与Cd-Ni电池相比有许多优点:比容量高、质量轻、耐过充、放电能力强、不存在重金属镉的污染等,已经成为国际上竞相研究开发的热点,其发展趋势是近期内完全占据镉镍电池的市场,并在5～20年内成为电动工具和混合电动汽车的主要使用电源.为满足镍氢电池大容量、高功率的市场要求,制备出高容量、高活性的正极材料是提高电池性能的必然途径,而球型氢氧化镍不仅是MH-Ni电池的正极材料,同时也是镍锌、镍铁、镍镉电池的正极材料,因此研究开发高性能球型氢氧化镍不仅可以提高MH-Ni电池的放电容量,也可以大大提高其它镍系列电池的容量,具有十分重要的现实意义与应用前景.
  • 摘要：LiCoO2是应用最早、最广泛的锂离子电池正极材料.由于LiCoO2受钴资源稀少、环境污染等因素的限制,近年来,国内外对其它锂、过渡金属氧化物如LiNiO2、LiMnO2以及LiMn2O4等进行了深入研究,但这些材料分别存在制备困难、循环性能较差等缺点.自1997年PadlhiA.K报道锂离子能在LiMPO4中可逆地脱嵌后,具有有序结构的橄榄石型正极材料磷酸铁锂(LiFePO4)就引起了人们极大的关注.作为锂离子电池新型正极材料,LiFePO2具有优良的热稳定性和安全性,充放电效率高,循环性能好,而且价格便宜、无环境污染,被认为是极有发展空间的锂离子池正极材料.本文通过对原料高速球磨,再用高温固相法在不同温度下合成了一系列LiFePO2锂离子电池正极材料,对其晶体结构、表观形貌、电化学性能的影响等进行了研究,讨论了合成温度与其微观结构、表观形貌及其电化学性能之间的关系.
  • 摘要：20世纪是以汽油为动力的社会,然而,石油的有限储量和汽车造成的严重污染是21世纪面临的紧迫问题,已引起广泛关注.解决措施是宏观调控、降低油耗和发展替代能源.发展电动车是关键措施,电取代油既可减少对石油的依赖,又可降低城市污染.是我国汽车工业实现跨越式发展的一次难得的机遇.本文对我国电动车未来50年的发展进行了展望。
  • 摘要：近年来世界和我国锂离子电池快速发展,广泛应用于家电产品.传统汽车面临油供应紧张和污染环境,电动车将缓解或部分解决这些问题.电动自行车已为人们接受,为电动汽车开路,锂离子电池以其优良的性能将成为电动车的主要动力源.钴酸锂性能好,而成为当今小型锂离子电池的主角,但钴在世界储量少,不足以大量供应,作动力电池.锰酸锂的锰资源较多,价格仅为钴的百分之几,可成为动力电池的主要原料.锰酸锂的性能,现在有些不足,与钴酸锂相比它的比容量低约～15﹪,循环寿命也较低,应当着重研究,改善其品质.现在锰酸锂电池已开始投向市场,将会促进其研究和生产,推动电动汽车进入市场.
  • 摘要：寻找能在比碳负极电位稍正的电位下嵌入锂,廉价易得、安全可靠和高比容量的新的负极材料一直是很有意义的课题.锂钛复合氧化物Li4Ti5O12具有尖晶石型结构,作为锂离子电池负极材料,在充放电时,锂离子的插入合脱嵌对材料的结构几乎没有影响,被称为"零应变"电极材料.Li4Ti5O12具有优良的循环性能和安全性能,其纳米晶Li4Ti5O12还具有非常优良的大电流充放电性能和快速充电能力,Li4Ti5O12是较为理想的下一代锂离子电池负极材料。本文探讨了Li4Ti5O12合成方法的研究进展。
  • 摘要：锂离子电池在现代社会的应用越来越广泛.随着锂离子电池用量的迅猛增加和电动汽车需要大容量的锂离子电池,迫切需要发展具有高安全、高能量密度、高功率、长循环、高环保及价廉的锂离子电池.这就需要开发出环境友好、资源丰富和高性能的锂离子电池正极材料.本文探讨了锂离子电池新型正极材料LiFePO4的研究进展。
  • 摘要：LiCoO2是目前唯一大量用于生产锂离子电池的正极材料,比容量达到140mAh/g左右.LiCoO2具有二维层状结构,适宜锂离子的脱嵌,而且拥有放电电压高,循环性能稳定,高温性能好等优势.但是比容量偏低,因此文献中大量报道,对LiCoO2掺杂Ni可以提高其容量,但是对掺杂阴离子的研究却很少,本文通过对LiCoO2掺杂Cl离子的方法,以LiCO3和Co3O4为原料在空气条件下固相合成了层状LiCoO2-xClx正极材料,并对其性能进行了研究。
  • 摘要：本文探讨了不同负极片处理方法对MH/Ni电池大电流放电性能的影响，介绍了实验及测试条件，正极采用干法制作,对其工序进行了探讨。
  • 摘要：在众多的锂离子电池正极材料的研究中已大规模商业化的还只有LiCoO2,但钴资源贮量有限,价格昂贵,在大功率应用中受到了限制,所以人们不断地致力于寻找其替代材料.由于LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2同属于层状结构,且镍和钴是位于同一周期的相邻元素,具有相似的核外电子排布,因此将Co和Mn同时引入到LiNiO2中的层状LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料,表现出了与LiCoO2相媲美的电化学性能,而且放电电压范围宽,热稳定性好,具有很大的开发潜力和应用价值[1-2].本文采用共沉淀法以NH4HCO3+Na2CO3为沉淀剂合成镍、钴、锰三元共沉淀前驱体,然后与Li2CO3(锂配比为1.05)球磨混合,在950℃下热处理20h,冷却至室温即得产物LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料.
  • 摘要：以往研究表明,溶解是引起层状LiMnO2容量衰减的直接原因.层状LiMnO2的晶体结构和微结构(晶粒大小)的变化,晶格的稳定性对锰的溶解都有重要的影响,同时锰的溶解又会进一步造成活性物质的晶格缺陷,导致锂离子扩散受阻,引起容量的快速下降.因此增强物质结构的稳定性以减少锰在电解液的溶解是提高层状LiMnO2电化学性能的关键.目前,针对提高层状LiMnO2电化学性能的问题,研究人员进行了许多有意义的工作,如调整合成工艺,控制好产物的粒度与表面积[1-2],阳离子的掺杂改性等[3-4].其中阳离子的掺杂被认为是改善层状LiMnO2电化学性能的重要途径之一,如在层状LiMnO2中添加Al形成LiMn1-xAlxO2(0≤x≤0.05)[5]添加Ti、Mo和Co等形成LiMn0.7M0.3O2[6].通过掺杂虽然收到了一定的效果,但掺杂在增强循环稳定性的同时往往会伴随容量的下降[6],而且关于掺杂对物质结构与电化学性能之间关系的探讨很少.如何提高LiMnO2循环性能的同时保证较大的容量,这是目前掺杂所需要解决的主要问题.掺杂离子的种类,掺杂离子的量及掺杂的方法是影响掺杂效果的重要原因.根据以往的研究结果[7-9],本文采用Cr作为掺杂元素,通过低温水热掺杂制备层状LiMn1-xCrxO2系列,利用X射线衍射,高分辨扫描透射电镜等分析手段,系统研究不同的掺杂元素、掺杂量对层状LiMnO2结构及电化学性能的影响,并进一步研究两种替代元素Cr对电化学性能的影响机制,力求使层状LiMnO2在保持较高放电容量的前提下,具有好的循环稳定性.2.层状LiMn1-xCrxO2的制备3.层状LiMn1-xCrxO2的结构表征4.层状LiMn1-xCrxO2的电化学性能5.Cr元素掺杂对层状LiMnO2电化学性能的影响机制6.小结
  • 摘要：当我们踏入21世纪的今天,能源和环境对人类的压力越来越大,要求尽快改善人类生存环境的呼声越来越高.作为新型高效的洁净能源,燃料电池发电技术在世界范围内引起了普遍关注,世界各国都在竞相开展研究.本文探讨了固体氧化物燃料电池的发展并作出展望。
  • 摘要：直接甲醇燃料电池(DirectMethanolFuelCell,DMFC)以高效、清洁和燃料储运方便等优点成为一类极具发展潜力的新型动力源.质子交换膜(ProtonExchangeMembrane,PEM)在DMFC中起着传输质子、阻隔电子和燃料的重要作用,其性能直接影响DMFC的性能、能量效率和使用寿命.目前商业用的全氟磺酸质子交换膜(如Nafion膜)还存在甲醇渗透率高、价格昂贵、自保湿能力差等缺陷,这些问题都促使人们研究各种替代膜.本文研究了一种添加纳米氧化物的聚偏氟乙烯(PVDF)质子交换膜.本研究将纳米氧化铝(平均粒径30±5nm)添加到PVDF溶液中,搅拌均匀后涂布于玻璃板上,加热除去部分溶剂,得到前体膜;将前体膜在一种聚合物酸PAMPS中溶胀并进行溶剂交换,得到具有质子导电性的膜,记为PVDF-Al2O3-PAMPS膜.
  • 摘要：锂离子电池负极材料的比容量较高,而限制锂离子二次电池比容量提高的是正极材料.目前,以磷酸根聚合阴离子为基础的正极材料[1-4]已经成为研究热点之一,它能够产生比较高的氧化还原电位,同时锂离子扩散的通道大,能够很好地嵌入或脱嵌锂.这主要是由于磷酸根离子的加入,替代了氧离子从而使化合物的三维结构发生了变化,使其具有很好的电化学和热力学稳定性和比较高的比容量[5-7].2002年,J.Barker开发出第一个作为锂离子二次电池正极材料的氟磷酸化合物LiVPO4F[8-10].LiVPO4F属于三斜晶系,其结构包括一个三维结构的框架,建立在磷酸四面体和氧氟次格子里,在这个结构中,有两个结晶位置锂离子可以嵌入.根据文献报道[8],LiVPO4F在0.2C倍率下充放电,首次放电容量为114mAh/g;在0.1C倍率下充放电,循环40次后放电容量为80mAh/g.本文通过高温固相两步反应合成了掺Al的锂离子电池正极材料LiV1-xAlxPO4F,并讨论了Al对正极材料LiVPO4F结构和电化学性质的影响.
  • 摘要：近年来,随着微电子技术的发展和便携式通信装备的小型化,与之相关的微型能源技术也得到了人们越来越多的重视.而薄膜锂离子电池因其优异的电化学性能而倍受青睐.其中LiMn2O4以资源丰富,价格便宜,无污染,安全性好,易合成等优点,已成为人们关注的对象.LiMn2O4薄膜材料的制备方法通常有磁控溅射、脉冲激光沉积、电子束蒸发、化学气相沉积、静电喷雾沉积等.而这些制备方法都需特殊设备,并且合成温度大部分都在500℃以上,造成成本增加使之不宜于大规模工业化生产.在低温(＜500℃)条件下合成LiMn2O4薄膜则很少有报道.溶胶-凝胶法有成本低、能使反应物达到原子级混合从而降低制备温度、化学计量比精确可控等优点.本文探索了在低温(＜500℃)下以溶胶-凝胶法和旋转涂布工艺制备纯相尖晶石LiMn2O4薄膜的条件,并对所制备的薄膜材料进行了电化学性能测试.
  • 摘要：锂离子二次电池因具有充放电电压高(3.7V)、比容量大(＞120mAh/g)等特性已被广泛应用于移动电话、笔记本电脑、摄像机等便携式电器中.商品化的锂离子电池主要采用LiCoO2为正极材料.为解决Co资源短缺带来的供需矛盾和减少Co化合物的污染及大电流充放电的安全问题,研发性能优良的正极材料已成为该领域的主要热点之一[1～4].尖晶石型锰酸锂作为新一代正极材料具有许多优点:放电电位和比容量高以及资源丰富、价格低廉、低毒污染小、合成工艺简单等[1～7].但也存在充放电可逆容量衰减快、电化学性能不稳等缺点[5～8],特别是在高温(55℃)环境下的循环性能已成为制约商业化的主要障碍[9～11].研究发现[12～16],当在LiMn2O4中掺杂一些杂质离子,如Co3+、Ni2+、La3+、Al3+、Cr3+等可有效改善该材料的电化学稳定性.本文研究了同时掺杂少量Co3+、Cr3+、La3+、Cl-于LiMn2O4中,采用高温固相法合成了尖晶石型正极材料Li1.02CoaCrbLacMn2-a-b-cClyO4-y,通过XRD表征了该材料的晶体结构,经过充放电循环实验研究了该掺杂材料的电化学性能.为取代LiCoO2正极材料提供了一条新途径.
  • 摘要：氧化锡因具有比现用石墨材料高出二倍以上充放电容量,极有希望成为下一代锂离子电池负极材料.本研究打破传统的介质分散模式,采用溶胶-凝胶-模板方法(SGT),制备具有开放孔与纳米复合结构的氧化锡基材料.这种结构使氧化锡材料在作为锂离子充电电池负极材料使用时,电解液可进入微孔隙,Li+从空隙内直接向纳米柱状微电极充放电,其巨大的内反应表面和较短的扩散路程,致使电极获得接近可逆容量理论值781mAh/g,并且使电极具有很好的充放电速率(58C).这种置身于空隙中的纳米级Sn(或LixSn合金)柱状微元在充放电循环时可自由膨胀,能有效地消除体膨胀损坏作用,有效的阻止电极颗粒的长大,因而电极可获得极高的循环寿命.本研究的主要内容为氧化锡基纳米结构电极材料的制备工艺,结构表征及电化学性能分析三个方面.
  • 摘要：离子嵌入型化合物(IonInsertion-hostcompound)作为电极活性材料,如LiCoO2、LiMn2O4、LixC6等锂离子嵌入型化合物和LaNi5储氢合金、Ni(OH)2等氢离子嵌入型化合物,分别在锂离子电池、镍氢电池等高能二次电池中得到了成功的应用.由于离子(如Li+、H+)在嵌入型化合物内部的脱出/嵌入是实现能量存储与输出的关键步骤,因此离子这些材料中的固相扩散系数成为一个非常重要的电极动力学参数[1].目前最常见的固相扩散系数测定方法大多是直接建立在基于电压、电流和时间参数之间的响应关系基础之上的,如:电化学阻抗法(EIS)、电流间歇滴定法(GITT)、电位间歇滴定法(PITT)、电流脉冲驰豫法(CPR)[2-6].本文介绍本课题组开发的一种以充/放电容量参数作为主变量测定离子嵌入型电极材料固相扩散系数的新方法.该方法所需要仪器即为普通的电池充放电测试仪,仅需确定电极材料颗粒半径一个辅助参数.采用该方法可以简单方便地测定不同电压、不同循环次数下的固相扩散系数值.
  • 摘要：作为锂离子电池重要组成部分的导电剂材料,对改善锂离子电池性能有着重要的作用.能够提高充放电速率、比容量和循环稳定性的新型导电剂材料的研究开发,已经成了锂离子电池的研究开发的一个重要任务.本文探讨了锂离子电池导电剂材料的研究与开发。
  • 摘要：低温性能是锂离子电池的重要性能指标之一.电池低温性能主要与电解液组成、负极材料种类及电解液与电极之间的相容性等密切相关.对于采用石墨为负极材料的锂离子电池,由于有些有机溶剂还原分解产物在石墨负极上形成的钝化膜不够稳定,溶剂的选择受到了一定的限制,从而影响电池低温性能.因此,研制新型非水电解液体系和新型负极材料是解决电池低温充放电性能、循环寿命等性能的主要途径.本文对锂离子电池低温电解液体系进行了分析探讨,使用经过优化的负极材料,以1MLiPF6/EC:DMC:EMC(1:1:1)为电解液,以钴酸锂做正极,设计开发了手机用363450方型铝壳电池,经测试该型号电池各项性能指标均达到标准要求,并已批量生产应用.本文仅对其低温性能进行测试研究,探索其在低温下特殊应用的可能性.
  • 摘要：本文对球磨制备石墨-锡复合物材料及其电化学性能研进行了究。锂离子电池是目前便携式电子设备的最新技术水平的储能装置,而且有望在电动汽车中得到应用.与传统的可充电Ni-Cd和Ni-MH电池相比,它具有自身的优势:比如无记忆效应、高能量密度和更长的寿命.碳材料和LiCoO2(或LiMxCo1-xO2)是目前商品化锂离子电池广泛应用的负极、正极材料[1-4].新一代的锂离子电池需要开发比现有电池电极系统具有更高能量密度的正负极材料.新的高容量正极材料的开发还需要一个很长的时期.然而,碳负极材料的容量已经得到了很大的提高,从最初的软碳(200-240mAh/g)到现在的MCMB(中间相碳微球),容量提高到了300-340mAh/g[5],而硬碳的容量则是达到了700mAh/g[6].
  • 摘要：锂离子电池正极材料目前研究较多的LiCoO2,LiNiO2,LiMn2O4各有优缺点:商业化的LiCoO2成本较高,LiNiO2具有高比容量,但存在安全性问题,LiMn2O4成本低,但循环性能和高温性能仍需较大改进.Fe具有资源丰富、成本低且无毒性等优点,所以含铁化合物作为锂离子电池正极材料的研究十分关注.其中LiFePO4因具有价格低、热稳定性好、理论容量高、对环境友好等特点作为正极材料被广泛研究.目前文献报导LiFePO4的合成方法很多,主要分为高温固相法[1]和液相法[2,3]两大类.传统的高温合成的温度高会直接影响到固体烧结的程度,从而影响晶粒大小.大晶粒会造成Li+扩散路程长,扩散速度受限.所以有研究[4]表明降低合成温度越低,合成的材料放电容量越大.虽然液相法制备前驱体可以大幅度降低烧成温度,但采用二价铁为原料合成LiFePO4比较困难.首先二价铁在溶液中易被氧化成三价,其次,可溶性的二价铁原料选择范围很小.其中最常用二价铁原料FeSO4会引入SO42-进入前驱体,而SO42-分解温度高,不适宜直接采用.而可溶性的三价铁原料较多,本文直接采用三价铁做原料,通过溶胶凝胶法制备锂离子蓄电池正极材料LiFePO4,研究了不同络合剂配比及反应温度、时间、气氛等对物相结构和电化学性能的影响.
  • 摘要：锂离子电池是继镍镉电池、镍氢电池之后的第三代小型蓄电池.作为一种新型的化学电源,它具有工作电压高、比能量大、放电电位曲线平稳、自放电小、循环寿命长、低温性能好、无记忆、无污染等突出的优点,能够满足人们对便携式电器所需要的电池小型轻量化和有利于环保的双重要求,广泛用于移动通讯、笔记本电脑、摄放一体机等小型电子装置,也是未来电动交通工具使用的理想电源[1].在锂离子电池材料中,负极材料是决定电池性能的关键.石墨类材料由于具有低的嵌入电位,优良的嵌入-脱嵌性能及平坦的电压平台,是良好的锂离子电池负极材料,其中天然石墨以其来源丰富,价格低,经过改性处理后具有优良的使用性能和强劲的市场竞争力,在商品化锂离子电池负极材料中得到了广泛应用.但有关天然石墨的原始物性参数对负极材料性能的影响少见报道.本文针对天然石墨的粒度及分布对电池性能的影响进行了研究.
  • 摘要：近年来人们对电动车用锂离子二次电池的研究兴趣明显增长.电动车用锂离子动力电池要求低成本,长循环寿命,安全可靠和高比能量.对于各种碳材料,例如天然石墨、焦炭和石墨化碳等作为锂离子电池的负极材料研究非常广泛.石墨类碳由于具有平坦的充放电平台,高工作电压,高容量和良好的库仑效率等优势而被广泛应用.其中天然石墨除了具有上述优势外,还具有价格低廉,广泛易得等优点,因此很容易成为锂离子动力电池负极材料的首选.LiCoO2,LiNiO2和尖晶石LiMn2O4等过渡金属氧化物作为锂离子电池的正极材料得到了广泛应用,这些材料显示出良好的循环性和高容量等特性.但是,因为不能避免在滥用条件下的放热和放氧等现象,所以这些材料存在安全隐患.现在,磷酸铁锂由于其低成本,低毒性,滥用条件下的低的放热和分解放氧,高理论容量(170mAh/g)等优点被作为锂离子动力电池正极材料得到广泛研究.在本文中,我们组装并测试了以磷酸铁锂和天然石墨为原料的低成本锂离子电池的性能.其中包括循环,倍率放电,过充电等安全项目的测试.
  • 摘要：我们把静电喷雾(ESD)的前驱液由溶液拓展到悬浮液,并以次为基础制备了两种用于锂离子电池上的碳基负极薄膜,一种以硬碳材料(乙炔黑)为活性储锂材料,部分氧化的聚丙烯晴(PAN)为粘接剂,另一种以颗粒细小的石墨为活性物质,聚偏氟乙烯(PVDF)为粘接剂.扫描电镜,热重分析,X-ray分析,剥皮试验,交流阻抗,恒流充放电等测试手段被用来表征薄膜电极的性能.在乙炔黑复合薄膜中,部分氧化的PAN与乙炔黑组成了有一定几何形貌的多孔复合负极薄膜(图.1),孔隙率随着衬底的温度升高而升高.在实验的温度下PAN有部分氧化,其自身有储锂容量(图.2),当与乙炔黑组成复合膜时其表面积大幅度增加,与用PVDF做粘结剂的电极相对比,可知复合膜中部分氧化的PAN对电极整体容量有很大贡献.
  • 摘要：目前商品化锂离子电池绝大多数采用的是过渡金属氧化物/石墨体系,该体系的开发已接近极限,电极材料本身低的理论储锂容量(如石墨为372mAh/g)极大地限制了其进一步应用,单纯通过改进电池制备工艺来提高电池性能已难以取得突破性进展.因此,对具有长寿命、高比容量的锂离子电极材料的开发极具迫切性.硅基材料因具有最高的理论嵌锂容量(4200mAh/g,远高于目前其它所有的负极材料)而越来越受瞩目.但是,硅基材料在高程度脱嵌锂条件下,存在严重的体积效应,造成电极的循环稳定性很差.为了提高硅基材料的循环性能,很多学者采用硅化物、非晶薄膜材料和复合材料的方法,来减小和限制硅的体积变化.本文利用体积补偿的原理,通过高温固相法,合成嵌入式的硅/碳复合材料.将硅粉体均匀的分散于碳基体中,限制硅的体积变化.并选择合适的粘结剂来提高硅/碳复合材料循环性能.
  • 摘要：锂离子电池是继镍氢电池之后的新一代充电电池,其特点是比能量高、其体积比能量和质量比能量分别镍氢电池的1.5倍和2倍左右,工作电压高(3.6～4V),具有安全、循环寿命长、无记忆效应和环境污染小等优点,广泛应用于手提电话、便携式电脑、摄相机等设备中.其正极材料的研究是锂离子电池的研究重点.本文以醋酸锰、醋酸锂、醋酸钴和草酸为原料,采用低热固相配位化学法制得颗粒度小,分布比较均匀且晶形结构完好的LiMn1.84Co0.16O4粉末,并对其结构和形貌及充放电性能进行了表征.
  • 摘要：质子交换膜燃料(PEMFC)是高功率密度电源,具有环境友好与模块化程度高等特点,在低温下就能迅速启动,输出功率可以随意调整,是理想的绿色电源,近年来已成为电化学和能源科学领域中的研究热点[1].PEMFC的产业化缓慢不只是成本较高与供氢问题,还有运行系统仍然较复杂等问题,电池的功率体积比及功率质量比亟待提高.为此,自增湿PEMFC被视为最有希望的燃料电池应用技术,如通过电池结构、操作条件、膜电极等改进,可以去掉辅助发电子系统如加湿子系统、水处理子系统乃至加热子系统等,就可以使电池系统大大简化[2].质子交换膜(PEM)是PEMFC的固态电解质,在湿润状态下才能传导质子,因此实现自增湿的关键技术在于实现用电化学反应产物水来润湿质子交换膜.本文从研究质子交换膜中水传质理论着手,制成亲水阳极与憎水阴极,从而实现阴极生成的水向阳极反扩散.
  • 摘要：燃料电池作由于其高能量密度和低污染等优点,逐渐成为目前可替代一次性能源的新型能源.金属燃料电池、氢氧燃料电池以及混合型空气-储氢金属燃料电池等众多燃料电池的正极反应都是氧气的电化学还原.氧在电极上的还原和析出过程可能是电化学领域最重要、应用最广泛、研究的最多而又最不清楚的问题之一.在研究氧还原气体扩散电极中,寻找性能优越价格低廉的氧还原催化剂尤为重要.目前研究的燃料电池中,主要应用铂系贵金属作催化剂.但是这类催化剂成本太高.同时,铂系金属的资源有限,不可能满足大规模应用,如电动汽车动力电池的要求.另一方面,在对氧的析出反应,铂系贵金属不是理想的催化材料.在氧化条件下,铂金属可能微量溶出,然后在电池负极如锌电极上沉积并导致锌电极上氢析出,使电极性能恶化.在研究新的较为低廉的催化剂的工作中,过渡金属氧化物作为氧的电极反应催化剂一直是令人感兴趣的课题.这些催化剂包括简单金属氧化物如Mn,Ni,Co的氧化物以及复合氧化物钙钛矿、尖晶石等.本文研究了以Co为活性位,以稀有金属La掺杂部分Ca为骨架的钙钛矿复合氧化物La0.6Ca0.4CoO3在不同处理条件下对ORR反应的催化影响。
  • 摘要：再生氢氧燃料电池作为蓄能系统与传统的铅酸蓄电池、Ni-Cd电池等二次电池相比,具有更高的比能量及比功率,使用中无自放电,而且不受放电深度限制,所产生的高压H2、O2可用于空间站及卫星的姿态控制.反应是在纯水和氢气和氧气之间进行转化,没有腐蚀和污染,是一种具有广阔发展前途的新型储能电池,广泛应用于航天和军事领域[1,2,3].双功能氧电极及其电催化剂是可逆式再生燃料电池的核心技术也是难点.双功能氧电极催化剂包括化学还原法制备的Pt-Ru-Ir[4]、还有Pt-IrO2[,5,6,7]、Pt-IrO2-RuO2[8]等,其中IrO2和RuO2由Adams方法制备[9].TsutomuIoroi等[10]报道,利用胶状前驱物(如Ir(OH)6(H2O)3)沉积到Pt黑上制成的氧电极性能优于混合Pt-IrO2氧电极.本文考察了利用胶体沉积法制备的成本较低的RuO2/Pt双功能氧电极催化剂.
  • 摘要：为了解决DMFC用Nafion全氟磺酸质子交换膜的透醇现象严重问题,目前普遍采用有机-无机复合的方法来制备DMFC用质子交换膜.例如,通过在Nafion膜中掺入SiO2来适当减小膜中的质子通道可达到提高膜阻醇能力的目的;最近又报道在Nafion膜中掺入硅酸盐片层结构改变或者延长了甲醇迁移路径,也使得膜的阻醇能力得到提高.但Nafion全氟磺酸聚合物的采用仍使得复合膜的成本高居不下.因此,采用价格便宜的非氟聚合物作为有机基体来制备有机-无机复合膜成为制备DMFC用质子交换膜的一个重要研究方向.本文以磺化聚醚醚酮(SPEEK)作为有机基体,以有机改性的蒙脱土(OMMT)为无机相,采用聚合物溶液插层法制备了SPEEK/OMMT复合型质子交换膜.利用X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)研究了MMT片层间距的变化及其在SPEEK基体中的分散情况,并考察了复合膜的质子传导性能和阻醇性能等.
  • 摘要：双极板是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的关键部件,也是决定燃料电池成本的主要因素之一.目前PEMFC双极板主要采用不透性石墨材料和金属材料.石墨双极板的性能好,但成本高,为整个电池成本的50-60﹪金属材料双极板耐腐蚀性差.以石墨为导电骨料,树脂为粘合剂的复合材料通过模压或注塑成型技术可一次制备出具有一定流道的炭素复合材料双极板,具有和石墨板相同的耐蚀性能,生产效率高且易于大批量生产,成本大幅度下降,是PEMFC双极板发展的主流和方向,美国、德国等主要发达国家,纷纷投入大量的人力、物力研究和开发树脂基炭素复合材料双极板,并已开始由研究向生产规模转化.2001年底我们开始树脂基炭素复合材料燃料电池双极板的研究.研究了导电骨料,粘合剂,成型压力及成型温度等对复合材料双极板性能的影响.2004年采用自制的双极板组装电堆并进行了电性能和稳定性试验.
  • 摘要：随着化石能源供应短缺的加剧，对风能、太阳能等可再生能源发电及核电的开发和利用越来越广泛。为充分利用各类发电系统并实现稳定供电，开发高效储能技术极为重要。本文探讨了储能钒液流电池的研发前景。
  • 摘要：本文探讨了以生物质乙醇为基础的可再生氢能源-乙醇重整制氢。生物质是到2020年唯一能极大地影响运输行业(不包括电动车)燃料利用状况的可再生能源.若大规模开发利用生物质资源,必须注意保护生物和环境.未来的能源系统需要资金和能源来建设,如果国家可以提供这两个需求,当前的迫切需要是确定生产氢的路径.氢的生产技术路径有多种,但为了减少温室气体的排放,氢燃料电池的氢燃料最好是通过阳光、或者通过光合作用直接、间接的来自生物质或直接来自于水.用于制氢的候选生物质包括糖类、淀粉、含油种子和谷物的废料.生物质乙醇的制取通过淀粉或糖类的发酵,研究表明还可由低成本的植被如谷物的秸秆生产乙醇.
  • 摘要：本文探讨了太阳能应用的研究进展，是伟大的物理学家A.Einstein发现光电效应100周年的一篇纪念性文章。1905年3月17日,在德国出版的AnnalenderPhysik,Leipzig,17(1905)132页上发表了用量子论来解释光电效应的第一篇论文,接着又在1906年3月在AnnalenderPhysik,Leipzig,20(1906)199页上发表有关光电效应的第二篇论文.正是这两篇论文使爱因斯坦获得了1921年度的诺贝尔奖.本文从另一角度,亦即从应用的角度来看光电效应对人类的贡献.
  • 摘要：自1859年法国科学家G..plante发明了铅酸蓄电池以来,铅酸蓄电池己历经一个半世纪,以其一系列优点,在电气化工业时代一直担任二次电池的主角.本文介绍了电沉积铅布材料及铅酸蓄电池开发进展。
  • 摘要：由于环保的需要,对清洁能源有更大的期待.有机溶剂与无机盐组成的传统电解液的固有的缺陷使其无法适应发展的需要,因此寻找新型的绿色电解液迫在眉睫.室温离子液体(roomtemperatureionicliquid)也称为室温熔融盐(roomtemperaturemoltensalt),即在较宽的温度范围(包括室温)内完全由离子组成的液体物质,具有高的离子电导率、宽的电化学窗口、极低的蒸汽压及较好的热稳定性等一系列优异的特性,极有可能成为下一代新型绿色电解液.目前研究的离子液体[1-5]一般采用甲基咪唑作为阳离子骨架,阴离子主要是BF4-、PF6-、TFSI-等.在本文中,本文选择亲水型甲基烷基咪唑四氟硼酸盐和憎水型甲基烷基咪唑二(三氟甲基磺酰)亚胺盐两个系列的室温离子液体,对其稳定性(电化学稳定性以及热稳定性)进行了系列研究.
  • 摘要：超级电容器是一种新型能源储存转换装置,其特性居于传统电容和电池之间,具有功率密度大,法拉第容量高,充电时间短,可逆性好,使用寿命长,易于维护等优点.超级电容器可应用于混合电动汽车(HEV)或公交车的起动和加速、12V车用电源、高功率移动装置(手机,照相机,玩具)的电源等;近年来国内外也将其广泛开发应用于军事方面.超级电容器在混合型燃油电动汽车上的应用,将大大降低汽车的油耗和污染物的排放,使每升汽油行驶里程数可达到普通汽车的1.5至2.5倍,污染物排放减少60～70﹪.因此成为世界各大汽车公司竟相开发的热点.另外超级电容器可以和电池(包括蓄电池和太阳能电池)在许多领域相互辅助使用,将大大提高电池效率和寿命,在一定的应用领域,它甚至有取代电池的可能.本工作使用成本较低的粉状活性炭作为电极原料制备了工作电压为2.8V有机体系超级电容器,并考察了电容器的充放电性能,为电容器的实用化提供参考。
  • 摘要：目前,锂离子电池负极铜箔集流体材料的用量在整个电池中仅次于正极材料.因此,开展高强度、高附加值和超薄锂离子电池专用铜箔集流体材料的研究对降低我国锂电池制造成本,提高电池综合性能和产业整体技术水平意义重大.众所周知,电解铜箔的生产是一个电沉积过程,影响电解铜箔力学性能的因素有方方面面,如添加剂的种类与浓度、电解液的组成、电沉积的各种参数等等.本文采用电沉积法在CuSO4/H2SO4体系中制备出锂离子电池负极集流体铜箔材料.利用万能试验机检测铜箔样品的力学性能,并通过扫描电镜等研究手段对铜箔微观形貌进行了分析,从而找出影响电解铜箔力学性能的主要因素.
  • 摘要：超级电容器由于在贮能系统中的广泛应用受到各国研究者的重视.以活性炭为电极材料的超级电容器的性能取决于其比表面积和孔径分布.商品化活性炭微孔发达,不宜用作有机电解液超级电容器电极材料.本文采用模板法制备了中孔炭,考察了其在有机电解液中的电化学行为,并与商品化活性炭进行了比较,结果表明制得的中孔炭的大电流充放电性能优于商品化活性炭。
  • 摘要：全钒氧化还原液流电池(简称钒电池)具有循环寿命长、能量转换效率高、正负极电解液无交叉污染等特点,该电池通过串、并联组成的电堆可广泛应用于太阳能和风能发电的贮能设备、应急电源系统(UPS)、电站贮能和电力系统的削峰填谷、负载调平等方面[1～3].因此,目前该电池体系得到了越来越多的重视.钒电池的电极主要分为金属类电极和复合型碳电极.由于金属(如金、铅、钛、钛基铂等)电极的电化学可逆性差,而且在V(Ⅳ)/V(Ⅴ)电对发生电极反应的电势区间内易形成钝化膜,阻碍了电极反应的继续进行,因此实际的钒电池中并不直接用金属作电极.碳基电极(如石墨板和玻碳电极等)用作钒电池的负极时,虽然氢过电位高,不易析氢,但反应活性不大;石墨材料作正极时存在可逆性较差、电极表面易出现刻蚀现象[4].ZhongS等[5]以聚丙烯睛基石墨毡和粘胶基石墨毡作为钒电池的电极时,电池的内阻较大,石墨毡的有效效利用率不高.为了提高钒电池电极的反应活性和稳定性,本研究以碳纤维为基材,通过添加金属元素和有机高分子材料制成复合电极材料,研究了添加不同金属元素以及电极本身厚度和孔隙率对电极性能的影响。
  • 摘要：铟锡氧化物(IndiumTinOxide,以下简称ITO)是锡掺杂氧化铟,它是一种n型半导体材料[1],它有许多不同方面的用途,研究ITO纳米粉体的制备具有重要意义.制备ITO粉体的方法有多种,其中水热法是一种很有前途的制备纳米晶体的湿化学方法.水热法是在特制的密闭反应容器(高压釜)里,采用水溶液(或其它液体)作为反应介质,通过对反应容器加热,创造一个高温、高压反应环境,使得通常难溶或不溶的物质溶解并且重结晶[5].它可用来生长各种单晶,制备超细、无团聚或少团聚、结晶完好的陶瓷粉体,其最大优点是可以直接制备各种氧化物粉体,不需要二次热处理,使得工艺简单,制品性能优异[6,7].而用水热法制备铟锡氧化物(ITO)尚未见国内报道.水热反应条件(反应温度、反应时间、反应介质、矿化剂)对晶粒的生长有很大的影响,改变水热反应条件可制得同种化合物的异构体,由于同质异构体的结晶习性不同,使所制得的晶粒形态和粒度有很大的差异.因此本实验要考察各种水热反应条件对制备ITO的影响.
  • 摘要：铟锡氧化物(IndiumTinOxide,以下简称ITO)是锡掺杂氧化铟,它是一种n型半导体材料[1],它有许多不同方面的用途,例如电学、透明电极、太阳能电池、电致发光等,特别是铟锡纳米晶体粉末在屏幕显示技术方面有广泛的应用[2,3].目前世界上的发达国家如日本、美国、法国等国将一半左右的铟用于制备ITO材料[4],因此研究ITO纳米粉体的制备具有重要意义.制备ITO粉体的方法有多种,如化学共沉淀法、溶胶-凝胶法、减压-挥发氧化法、熔体雾化-燃烧法和喷雾热分解法等[5,6].其中水热法是一种优秀的制备纳米晶体的湿化学方法,它在制备纳米氧化物方面应用广泛,已成功的在低温状态(＜250℃)下制备出了纳米级的ZnO、α-Fe2O3、ZrO2和TiO2等物质.之前采用水热法生成的产物为In(OH)3晶体和(In1-xSnx)OOH晶体[],由于在水热反应过程中获取的热动力不足,脱水不完全.因此可将水热反应生成的产物作为前驱体再在一定温度下进行煅烧,使之脱水完全生成ITO粉体.
  • 摘要：以储氢合金作为负极活性物质的金属氢化物/镍(MH/Ni)二次电池,因其具有高比能量、高比功率、耐过充电能力、无Cd污染等突出优点,已经成为世界各国竞相研究开发的一种新型化学电源.然而,储氢合金在充放电循环过程中暴露出的易粉化、易氧化、耐腐蚀性差等问题严重影响了MH/Ni电池的各项性能.对合金进行表面处理被认为是解决这些问题的有效途径之一.本文提出了一种电极表面修饰的新方法,即利用真空蒸镀的方法对电极进行镀覆导电膜层的表面修饰,考察了其对电池大电流放电性能、电池循环寿命等性能的影响.从表面修饰和未修饰极片的XRD谱图可以看出,经过修饰的合金电极的衍射谱图和未经修饰的电极的衍射谱图几乎相同,因为在电极的制作过程中加入了镍粉,所以在图中的两个衍射谱图中均出现了镍的最强衍射峰(111),其余诸峰为AB5型合金的衍射峰.这说明本文中所用的真空蒸镀的表面修饰方法只是在合金电极表面镀覆一层Ni膜而不会破坏合金的体相结构.
  • 摘要：全钒液流电池是一种优秀的新型储能系统,有广泛的用途:可用于通讯、电动汽车、潜艇等,还可作为边远地区的储能、发电系统进行电网调峰.全钒液流电池中,正负半电池电解液中不同价态的钒离子相互扩散,交叉污染所引起的自放电是电池能量损失的主要原因.因此研究不同价态的钒离子在阳离子交换膜中的扩散迁移行为对评估电池综合电化学性能,计算电池的电流效率和能量效率非常必要.本研究选择了两种国产阳离子交换膜PE01(浙江临安千秋实业公司)和NF120(山东天维膜技术有限公司)以及杜邦公司的Nafion1135,考察四价钒离子V3+在膜中的自扩散行为.根据自扩散数据拟合出自扩散经验方程,结合Fick扩散理论,计算四价钒离子V3+在膜中的自扩散系数.
  • 摘要：本文探讨了用作方形动力电池的新型极板材料的研究与应用。电池性能日益提高的主要推动力在于电极正负极活性物质的变化与改进,但另一个不可忽视的重要因素则是电池电极极板的变化与改进.电极极板从导电性、活性物质的填充性、耐热耐腐蚀性、厚度等多方面影响着电池的综合性能,质量的好坏直接关系到电池的性能与寿命,极板材料成为影响锂离子电池、镍氢电池等电池成本与性能的关键材料之一,其制造技术成为代表着电池产业的核心技术.开发低成本、高性能的极板材料是提高电池性能、降低电池成本的有效途径.
  • 摘要：钒氧化还原液流电池(Vanadiumredoxflowbattery)是一种新型的电化学贮能电池,正极是VO2+/VO2+电对,负极是V2+/V3+电对,电对间电势差为1.25V[1-2].电池在充电状态时正极活性物质为V(Ⅴ)离子,负极活性物质为V(Ⅱ)离子,放电过程V(Ⅴ)离子被还原为V(Ⅳ)离子,V(Ⅱ)离子被氧化为V(Ⅲ)离子,电池内部通过H+离子的定向流动导电.其电池反应如下:正极VO2++2H++e=VO2++H2OV0=0.999V(vs.NHE)(1)负极V2+-e=V3+V0=-0.225V(vs.NHE)(2)式中为氧化还原电对相对于标准氢电极的标准电势.和传统的蓄电池相比,钒电池具有以下许多优点.(1)它的活性物质存在于液体中,因电极不参与反应,故不发生形貌的改变和变形[3-4],使得大幅度提高电池的寿命成为可能,可实现深度放电.(2)正负极活性物质均为钒离子,不会发生交叉污染现象.(3)电池容量的大小取决于电解液的浓度和电池中电解液的容量,电池的容量可因时因地根据需要改变[5].(4)钒电池的电化学极化和浓差极化均较其他电池小,可以快速充电,大电流放电,深度放电达100﹪时,对电池也无伤害[6].
  • 摘要：锂离子电池具有高能量密度、优良的循环性能等优点,被认为是理想的高容量大功率电池,广泛用于便携式电器、军事装备等领域,也可作用电动汽车和混合电动汽车的动力电池.目前锂离子电池的正极材料主要有层状LiMO2(M=Co、Ni、Mn)和尖晶石LiMn2O4,这些材料由于价格、安全性和电化学性能等原因,在高容量电池中的应用受到限制[1].廉价橄榄石型LiFePO4具有较高的电位(相对于Li/Li+为3.4V)、170mAh/g的理论容量、优良的循环性能和安全性能,是一类优秀的候选正极材料[2].因此,LiFePO4正极材料的研究引人关注[3-5].由于LiFePO4电子导电能力较低,其大电流充放电性能还有待于进一步改进.在表面包覆碳[6]、加入纳米级的金属粉Cu或Ag[7]能改进LiFePO4电导性,提高其高倍率放电性能.仇卫华[8]和周恒辉[9]等的研究表明在Fe位或Li位掺杂Mn2+和Cr3+能提高LiFePO4的大电流放电性能.但有关掺杂离子对材料结构影响的报道较少.本文用固相反应法合成镍离子掺杂的Li1-xNixFePO4,用恒流充放电法测试其比容量和循环性能,并用X射线衍射(XRD)和里特沃尔特(Rietveld)方法分析了镍离子掺杂对材料晶体结构的影响.
  • 摘要：电解铜箔是电子工业的重要基础材料,广泛应用于电子计算机、通讯电子设备、航空航天等高技术领域;同时作为锂离子电池负极集流体材料,其性能直接影响着锂离子电池的性能.铜箔的表面处理是为了提高铜箔的抗氧化性能,增加与其它物质的结合力,主要包括粗化和钝化.粗化处理一般是在含钛离子及钨离子的硫酸、硫酸铜电解液中,在极限电流密度附近或以上条件下进行阴极电解,形成树枝状结构.本文对不加入钛离子及加入钛离子所形成的结构进行了研究,通过SEM、XRD分析了形貌及织构,对形成树枝状结构的机理及钛离子的作用进行了分析.
  • 摘要：本文对锂离子电池改性天然石墨负极材料进行了研究。自1991年进入市场以来,锂离子电池因具有能量密度高、电压高、安全性能好、循环寿命长、无记忆效应和无环境污染等优点,已经成为各种便携式电子产品的首选电源.目前锂离子电池生产中广泛采用的负极材料是碳素类材料.不同类型炭材料的电化学性能差异较大,其中石墨导电性好,结晶度高,具有良好的层状结构,更适合Li+的嵌入和脱出,并且石墨的来源广泛、价格低廉,因此成为众多研究者关注和开发的热点.石墨的可逆充放电容量可达到300mAh/g以上,接近LiC6的理论比容量372mAh/g,此外锂在石墨中的脱/嵌反应或脱/嵌容量主要发生在0V～0.25V左右(相对于Li/Li+).具有良好的充放电电压平台,电池的放电电压平稳.
  • 摘要：本文探讨了我国太阳能光伏产业的发展机遇与战略对策。确定降低太阳能级硅材料成本的最佳技术途径、关键技术和必要的保障措施。同时，通过光伏建筑材料或太阳电池与建筑一体化，也可达到降低成本的目的。再者，通过太阳电池与建筑的有机结合，就可最终实现一栋建筑本身就是一个太阳能转换工厂的目标。
  • 摘要：随着MEMS(微电子机械系统)技术的发展,与之相关的微能源技术也日益受到重视.MEMS一方面是指运用微电子加工技术和微机械加工技术在较小的物理尺寸上,集成了微机械元件,微传感器,微机械执行器,微电子元件,电路和供能部件的器件和系统.另一方面,是指一种全新的工艺技术,采用它比采用传统工艺制造加工的产品具有更高的灵敏度,分辨率和稳定性,并且生产效率高,能耗低.本文探讨了微型电池的研究进展。
  • 摘要：随着能源的日趋缺乏和生态环境的日益恶化,电动交通工具取代内燃机是必然的选择.尖晶石锰酸锂具有对环境友好、价格低廉、工作电压高等优点而被认为是锂离子动力电池的首选正极材料.为了改善和提高尖晶石锰酸锂的循环性能,科研人员采用了一系列的掺杂和表面改性的研究,取得了一些进展.本试验在对锰酸锂进行多元掺杂改性的基础上研究了粒径对其电化学性能的影响.
  • 摘要：被看作是最有可能成为新一代商用锂离子蓄电池正极材料LiMn2O4在电化学性能上,可逆容量衰减较大,尤其在高温下(＞55℃)使用衰减更严重,从而限制了它的商业化应用.经过研究,人们对其衰减机理有了比较清晰的了解,提出了造成容量衰减的几种可能原因:(1)Jahn-Teller畸变效应对容量衰减影响最大的因素应当是充放电过程中发生的Jahn-Teller畸变效应,即锂离子的反复嵌入与脱嵌引起结构的膨胀与收缩,导致氧八面体偏离球对称性并畸变为变形的八面体构型.如果结构中出现缺陷,在反复收缩膨胀过程中会出现坍塌.

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