登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
日常生活中许多产品离不开电池,但电池的充电速度和使用时间始终遭人诟病。美国华人科学家在最新一期美国《科学》杂志上报告说,他们研制出一种多孔石墨烯复合电极技术,朝着研制充电速度快且续航能力强的电池迈近重要一步。
美国加利福尼亚大学洛杉矶分校段镶锋教授对新华社记者说,充电快慢由功率密度决定,使用时间长短由能量密度决定,但对于现在大部分电池,提高功率密度与提高能量密度通常相互冲突。而以多孔石墨烯为三维框架结构、表面均匀生长纳米颗粒五氧化二铌的方式制成的复合电极,能同时实现充电快和使用时间长这两个目标。
“对于一个需要充1小时电的手机电池,利用这个电极有可能把充电时间降到10分钟内,而电池容量并没有减少多少,”他举例说,“此前我们可能听说过类似快充,但一般伴随的是能量密度(使用时间)的大幅降低。”
锂离子电池是目前最主流的电池类型,但其能量密度等性能被认为已接近极限。过去10多年,学术界的很多研究集中在新的电极材料上,尤其是纳米结构电极材料。这些材料在实验中可输出很高的能量或实现快充,但在商用器件中却一直没办法达到理想性能。
石墨烯是从石墨材料中剥离出来,由碳原子组成的二维晶体,具有优异的导电性能。这项研究使用三维多孔石墨烯结构,加上五氧化二铌作为电极材料,较好地解决了相关技术难题,成功实现了较高电池容量和超快速充放电的组合。
段镶锋说:“利用类似原理,我们正在把三维多孔石墨烯与高容量纳米材料,如纳米硅、硫等复合,若成功实施有望在电池容量上实现3至5倍以上的改善,进一步增加手机待机时间或电动汽车的行驶距离。”
他说,虽然相关工作仍有很多细节需要完善,生产工艺也需进一步优化,但这“为实现高容量、高功率商用电池器件指出了一个切实可行的蓝图”。
研究成果:
对电池而言,电极材料对电荷储存起直接作用,其他元器件对电池性能起到不可或缺的间接辅助作用。电极容量和电极上负载的活性材料的质量成正比,更高的负载量意味着更大的电荷储存能力,同时也需要更快的电荷传递能力。
纳米结构电极材料在高能量密度和高功率密度方面都表现出比传统电极更大的优势,可以有效提高质量比容量和比率放电能力。
图1.纳米硅电极使质量比容量提高10倍
图2.纳米Nb2O5电极使质量比率放电能力提高10-100倍
问题在于:商业电池电极材料需要质量负载至少达到10mgcm-2,而实验室做高效纳米电极材料都非常薄,质量负载往往不超过1mgcm-2。
这是因为,质量负载量越高,电荷传输更难。对比质量负载量为1mgcm-2的电极,10mgcm-2电极上电荷传递路径增加了10倍。要想维持相同的质量比容量和电流密度,10mgcm-2电极上离子和电子的传递速率要增加100倍,传递10倍以上的电荷。
另外,活性材料的高负载量意味着其他组成的含量减少,导致在低负载量上存在的特殊电化学性能的削弱。这2个主要原因导致纳米电极材料很难超过现有商业锂离子电池的性能((~3mAhcm−2,4mAcm−2)。
因此,必须开发具有更快速电荷传递能力的材料,使足够的电荷穿过较厚的电极,才能使纳米电极材料真正走出实验室。
图3.最大化电极容量和最大化利用纳米材料电极
有鉴于此,加州大学洛杉矶分校段镶锋教授课题组设计了一种三维孔状石墨烯/Nb2O5多孔复合材料,可通过孔结构调控,在超过10mgcm-2高质量负载和高电流密度的条件下实现高效的电荷传递,同时保持优异的电化学性能。
图4.三维多级多孔石墨烯/Nb2O5纳米复合材料制备示意图
这种三维孔状石墨烯/Nb2O5多孔纳米复合材料电极的亮点在于,为离子和电子传递提供了许多相互交联和相互贯通的捷径。
1)超高的比表面积,保证了可以在不牺牲反应效率和电子传递的情况下实现Nb2O5纳米颗粒的有效负载。
2)相互交联的石墨烯框架提供了优异的电子传递通道
3)多级多孔结构确保了高离子扩散速率,石墨烯片层之间的孔洞提供了大量捷径用于锂离子传递,并进一步缓解了电解质穿过整个多孔结构的扩散极限。
图5.高质量负载量Nb2O5/HGF纳米复合电极的性能
在10C速率条件下,负载量从1mgcm-2增加到11mgcm-2,几乎不发生质量比容量的降低。对于负载量为11mgcm-2Nb2O5/HGF的纳米复合电极,在10C条件下循环10000次,容量保持率为90%,库伦效率为99.9%。
在高质量负载量和高电流密度情况下,这种3D孔状石墨烯/Nb2O5复合材料电极比石墨负极、Si负极、C-Si负极以及C-S正极具有更高的容量保持率,使纳米电极材料离商业化更近一步。
相关阅读:
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
为面向国家重大需求,践行国家新材料自立自强新战略,着力解决关键战略材料领域的“卡脖子”核心问题,以及新材料研发、应用、需求脱节的问题,进一步促进石墨烯产业迈向高质量发展新阶段,由石墨烯产业技术创新战略联盟(CGIA)和国家石墨烯创新中心联合主办的“2024年中国国际石墨烯创新大会”将于2024
北极星太阳能光伏网获悉,10月12日,大同新成新材料股份有限公司与西北工业大学、西安科技大学合作共建新型光伏材料联合实验室及柔性钙钛矿太阳能电池工艺及设备开发项目签约揭牌仪式举行。大同新成新材料股份有限公司立足企业创新发展,依托产业优势、专业人才和设备优势,与西北工业大学材料学院合作
北极星储能网获悉,8月18日,福建龙岩永定区石墨烯动力(储能)锂离子电池生产项目签约。据悉,该项目总投资18亿,由深圳宁迪新能源有限公司投建,项目年产4GWh动力电池及储能电池,分两期建设。约定一期项目投产后3年内达产,实现年产值8亿元以上、年纳税5000万元以上。
5月11日,镇江500千伏访仙变电站室外5号主变500千伏侧5042开关汇控柜,喷涂了新型纳米陶瓷散热材料,柜体温度半小时内从26.5℃降到了20.8℃。此次采用的纳米远红外陶瓷材料与高品质石墨烯组合“降温服”,可以大幅提升热管理效率,在不需要外部任何能源、不占用额外体积、不增加设备的情况下,以“零能
“目前,单层石墨烯的市场公价是每克近千元,通过我们的特殊提取技术,可以使成本下降至目前的百分之一。”日前,在参观北京旭华时代科技有限公司(以下简称“北京旭华”)研发车间时,该公司董事长崔旭指着玻璃容器内的黑棕色液体向记者如此介绍。该公司曲面石墨烯已量产下线,当前产量达20吨;预计年
近日,工业和信息化部批复组建国家石墨烯创新中心、国家虚拟现实创新中心、国家超高清视频创新中心等3家国家制造业创新中心。国家石墨烯创新中心依托宁波石墨烯创新中心有限公司组建,建设地位于浙江宁波,股东单位充分汇聚了浙江、江苏、广东等14个省份的行业创新力量。国家石墨烯创新中心面向石墨烯
近日,工业和信息化部批复组建国家石墨烯创新中心、国家虚拟现实创新中心、国家超高清视频创新中心等3家国家制造业创新中心。国家石墨烯创新中心依托宁波石墨烯创新中心有限公司组建,建设地位于浙江宁波,股东单位充分汇聚了浙江、江苏、广东等14个省份的行业创新力量。创新中心面向石墨烯产业发展的
由位于柏林的全球能源互联网欧洲研究院(简称欧洲研究院)重点研发的石墨烯改性电工材料新技术此前成功应用于高压断路器新型电触头制备。近日,基于这种新型电触头部件的252KV/63KA敞开式柱上断路器在宁夏石嘴山步桥变电站中正式投入运行。据介绍,这项高端电工材料新技术在世界范围内率先填补了石墨烯改
6月24日由国网联研院、中国电科院、国网宁夏电力、平高集团联合研发的252千伏石墨烯断路器在石嘴山电网220千伏步桥变电站成功挂网运行,标志国内首台基于石墨烯改性电触头的252kV/63kASF6敞开柱式断路器在石嘴山电网正式运行。据了解,新型的石墨烯改性电触头表现出优异的耐磨性、导电性、抗熔焊性和抗
4月25日获悉,中国电力科学研究院有限公司完成新型防腐涂料变压器温升模拟实验。实验数据显示,与传统防腐涂层相比,新型防腐涂料可延长变压器绝缘纸服役寿命,显著提升变压器等输变电设备环保性能,还克服了常规涂料添加高导热填料后防腐蚀性能下降的难题。由于传统防腐涂层热导率远低于外壳金属材料
北极星储能网获悉,1月17日,湖北房县举行2022年招商引资“开门红”签约仪式,14个项目集中签约,其中两个储能生产项目,总投资30.5亿。湖北世润新材料有限公司投资5千万元建设石墨烯项目、湖北钒界新能源有限公司投资30亿元建设钒储能项目、
2023年以来,全球碳酸锂价格陡降,电池级碳酸锂价格迄今18个月的累计跌幅达到85%,至今仍在10万元/吨的低位区间运行。叠加储能行业产能过剩下的价格内卷,导致锂离子电池价格不断探低,磷酸铁锂储能电池近期招标限价达到0.33元/Wh,储能系统限价0.478元/Wh,再次击破电池和系统集成企业亏本销售的底线
继5月8日发布相关征求意见稿之后,6月19日,国家工业和信息化部电子信息司正式发布《锂离子电池行业规范条件(2024年本)》(简称“《规范条件》”)和《锂离子电池行业规范公告管理办法(2024年本)》,引发业界高度关注。国家工业和信息化部电子信息司表示,为进一步加强锂离子电池行业规范管理,推动产业
6月19日,湖南郴州安高固态电池研究院揭牌;现场签约24个涉锂电产业项目,总投资额达229.8亿元……18日在湖南省郴州市临武县举行的湖南省锂电新能源产业暨固态电池产品合作对接会上,郴州锂电布局再加码。此次对接会由湖南省工业和信息化厅与郴州市人民政府共同主办,旨在搭建平台助力郴州集八方之智、
北极星储能网获悉,6月18日百川股份公告,近日,公司子公司江苏海基新能源股份有限公司实施的“年产2GWh锂离子电池及电池组项目”已完成设备升级调试,生产出合格产品。产线可兼容生产280Ah和314Ah等大规格电芯,目前产能爬坡中,进入量产阶段。
北极星储能网获悉,6月12日,欣旺达电子股份有限公司发布关于公司拟与浙江开创电气股份有限公司签署《战略合作协议》的公告。公告称,欣旺达与开创电气拟签订《战略合作协议》,未来双方将加强产业链协同,在核心部件锂离子电池等相关业务中进行积极合作。通过双方的战略合作,能够团队优势互补,帮助
北极星储能网获悉,6月6日,南网储能在投资者互动平台表示,新质生产力是创新起主导作用,摆脱传统经济增长方式、生产力发展路径,具有高科技、高效能、高质量特征,符合新发展理念的先进生产力质态。早在2011年,公司建成投产了我国第一座MW级电化学储能站—深圳宝清储能站。近年来,公司依托国家级、
沧州明珠于2024年5月31日接受特定对象调研时表示,结合新产线的进度,2024年度公司锂离子电池隔膜产品经营目标是销量6.42亿平方米。公司从21年开始投资的两个2亿平湿法隔膜项目,以及去年公告投资的12亿平湿法隔膜和5亿平干法隔膜项目将陆续投产,产能将逐步释放。
北极星储能网获悉,5月31日,芜湖天弋能源科技有限公司与南京睿储科技有限公司在江苏南京签署战略合作协议。根据协议,双方将本着资源共享,优势互补的原则,充分发挥各自在技术、资金、人才、市场、资源、设备等方面的优势,积极开展光伏、储能、风电场建设等领域的深度合作。据悉,南京睿储科技有限
北极星储能网获悉,5月28日,珠海冠宇发布公告称,珠海冠宇电池股份有限公司(以下简称“公司”)、公司全资子公司重庆冠宇电池有限公司(以下简称“重庆冠宇”)于近日收到重庆市第一中级人民法院送达的关于公司及重庆冠宇以专利侵权为由起诉宁德新能源科技有限公司(以下简称“被告一ATL”)及其他被
2023年12月,近200个国家的政府在联合国气候变化缔约方大会第二十八届会议(COP28)上就新的全球2030年目标达成了一致。他们的目标是到2030年将可再生能源产能增至三倍,能源效率提高一倍,加快从化石燃料转型,大幅减少甲烷排放。国际能源署发表题为BatteriesandSecureEnergyTransitions(电池与安全
北极星电池网获悉,5月22日,深圳新宙邦科技股份有限公司发布公告表示,拟以全资公司美国新宙邦或其他新设控股公司为实施主体,在美国路易斯安那州建设电池化学品项目。项目建设内容为年产20万吨碳酸酯溶剂及10万吨锂离子电池电解液,投资总额约3.5亿美元(约人民币25.32亿元)。新宙邦表示,本项目是
日前,内蒙古工业大学阿如罕教授课题组在《RareMetals》期刊上发表了题为“Mechanismresearchprogressontransitionmetalcompoundelectrodematerialsforsupercapacitors”的综述文章,分析总结过渡金属化合物用作超级电容器电极材料的研究进展。该研究得到国家自然科学基金青年科学基金项目、内蒙古自然
近日,大连化物所储能技术研究部(DNL17)李先锋研究员和鲁文静副研究员团队在溴基液流电池电极研究方面取得新进展。研发团队通过在电极表面基于可逆的固态溴络合效应,同步提高了电极的固溴能力和催化活性,降低了溴基液流电池的自放电率,提高了电池功率密度和循环寿命。研究团队提出了一种向电极表
锂电池的性能和成本在很大程度上取决于其电极的制造工艺。锂电池在动力和储能领域的大规模应用,一直受限于电池储存能量、产品性能稳定和成本下降的约束。提升电池的储存能量实际也是降低单位产品的投入成本,目前正在通过上游正负极材料的创新在实现;同时在制造端新型干法电极技术的创新突破,在精简
今日,深圳市好风光氢能科技有限公司(以下简称“好风光氢能”)与深圳大学在深圳大学丽湖校区材料学院5楼会议室签署了“电解水析氢高效电极材料研发与产业化”合作协议,就绿氢装备核心技术研发与产业化等项目达成合作意向,探索建立长期校企“产学研用”合作机制,建立校企合作新典范。双方将围绕科
7月22日,云南大理永平县新能源电池先进电极材料项目的年产1万吨先进电极材料项目投产。新能源电池先进电极材料项目位于云南永平县博南工业(物流)园区,用地面积约100亩,总投资2.2亿元,通过高新科技深加工制备钠离子电池负极硬碳,将核桃壳高效利用,主要生产基于生物质核桃壳的新能源电池、超级电
北极星储能网获悉,9月5日,淮南市人民政府办公室发布关于印发淮南市“十四五”科技创新规划的通知。规划中提出,大力发展高容量长寿命三元正极材料、富锂锰基正极材料和硅碳复合负极材料等新型锂离子电池电极材料,电解液及固体电解质材料、燃料电池电解质与电极材料,高效电解制氢离子交换膜、储氢材
据日媒报道,日本东北大学讲师小林弘明等人的研究小组开发出了一种电极材料,该材料使用碳及氧等元素构成的“克酮酸”物质,不用稀有金属,理论蓄电容量是钴类正极材料的4倍左右。钴是发展战略性新兴产业的重要矿产资源,《全国矿产资源规划(2016—2020年)》将钴列为我国24种战略性矿产之一。同时,
北极星储能网获悉,2月7日,安康市科技局发布安康市“十四五”科技创新发展规划[2021—2025年],规划中提出开展高温高浓度全钒液流电池电解液技术、高功率密度全钒液流电池电堆制造技术、电池组模块系统集成及制造技术、MW以上级液流电池储能系统并网运行和智能控制技术、百兆瓦级全钒液流电池连续化生
充电9分钟可恢复约80%的电量、2000次循环后仍可保持90%的容量……中国科学技术大学教授季恒星研究组与合作者全新设计的新型锂离子电池电极材料——黑磷复合材料,使兼具高容量、快速充电能力且长寿命的锂电池成为可能。该成果10月9日发表在《科学》。随着环保意识深入人心,电动汽车愈发受到市场青睐,
近日,中国科学技术大学季恒星教授研究组与合作者们,在新型锂电池电极材料研究方面取得重大突破——全新设计的黑磷复合材料使兼具高容量、快速充电且长寿命的锂离子电池成为可能,该成果已在《科学》杂志发表。该研究成果也有望解决目前电动汽车充电时间较长的难题。电极材料决定充电速度据季教授介绍
锂离子电池和超级电容器是储能原理不同、各有特点的两类代表性储能器件。锂电池能量密度高(~250Whkg-1),但功率密度偏低(<1kWkg-1),而超级电容器功率密度高(~15kWkg-1)但能量密度过低(<20Whkg-1)。超越上述两类储能器件的储能极限,发展兼具高能量密度和高功率密度储能器件的新型电极材料,
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!