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
与传统燃油汽车相比,电动汽车有很多优势,比如不依赖有限的化石能源、不产生尾气、使用成本和维护成本低等等。但电动汽车也存在限制其发展的核心问题,那就是电池。目前市面上电动汽车使用的锂离子电池性能差强人意,充满电的续航能力一般在300-500公里,如果希望跑的更远,则需要增大电池体积和重量,而这又势必会对汽车的结构设计提出挑战,并且过大的自重又会反过来影响汽车的续航。在锂离子电池可能的替代者中,锂空气电池(lithium-air battery)的能量密度要高5-10倍,是公认的希望之星。正如其名,锂空气电池利用金属锂与空气中的氧反应产生的能量来转化为电能,这种好似生物呼吸的充放电过程也让这种电池得名“呼吸电池(breathing battery)”。因为氧来自空气而无需预存在电池系统中,金属锂又具有较低的密度,所以锂空气电池的理论能量密度要远超过锂离子电池。这意味着,电动汽车可以使用更小巧轻便的电池,同时续航能力还可超越传统燃油汽车。
锂离子电池与锂空气电池放电过程比较。
不过,空气中并不只含有氧气,还有其他各种气体,比如氮气、二氧化碳、水蒸气等等。氮气还好说,化学反应性并不强,但二氧化碳和水蒸气完全可以与电池中的锂发生反应,产生的副产物会覆盖电极,使其很快丧失活性甚至引起电池短路。这一问题让不少锂空气电池不得不只能在纯氧环境中工作,从“锂空气电池”变成“锂氧气电池”,这样一来,“背上氧气瓶”的锂空气电池不仅能量密度优势几乎丧失殆尽,还增添了氧气瓶这个额外的安全风险因素。如何才能使得这种“呼吸电池”像病人恢复健康那样摆脱氧气瓶而自由呼吸?这个问题困扰了众多科学家多年。最近,美国伊利诺伊大学芝加哥分校(UIC)的Amin Salehi-Khojin教授和阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)的Larry A. Curtiss博士等人找到了一种革命性的方法,他们在Nature 杂志报道了一种能在空气中工作的长寿命锂空气电池,实验数据表明在模拟空气中这种锂空气电池具有长达700次充放电循环的寿命。
本文部分作者(从左至右):Robert Klie、Mohammad Asadi(一作)、Amin Salehi-Khojin和 Fatemeh Khalili。图片来源:Jenny Fontaine / UIC[1]
回顾过往的研究,Larry Curtiss博士说,“也有一些研究者尝试构建锂空气电池,但由于循环寿命较差而失败了。”[1] 那么,他们是如何成功的呢?
为了让锂空气电池能在含氧气、氮气、二氧化碳、水蒸气的模拟空气氛围中长时间工作,研究者采用了两套策略来抑制其中的副反应。第一,对电池的金属锂负极进行碳酸锂/炭的涂层保护。这种多孔材料涂层仅允许锂离子通过,而将模拟空气的成分排除在外,由此保护锂负极。第二,正极材料采用此前报道过的二硫化钼纳米片材料,电解质使用离子液体1-乙基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐(EMIM-BF4)和二甲亚砜(DMSO)混合物。这套电池系统可以避免那些在二氧化碳和水存在下生成的副产物,从而大幅延长电池寿命。
新型锂空气电池结构示意图。
碳酸锂/炭保护层通过锂和二氧化碳的电化学反应直接沉积在锂负极上,研究者通过扫描电镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱、电子能量损耗能谱进行了表征(下图)。对电池充放电51次,数据表明带保护层的锂负极稳定性优异,平均每次循环的锂损失不超过0.03%。而电化学阻抗谱显示带保护层的锂负极的阻抗为550千欧姆,这比没有保护的锂负极高了约20倍,说明锂负极上的确形成了绝缘的保护层。
对带保护层锂负极的表征。
接着研究者在模拟空气氛围中测试了这种新型锂空气电池。模拟空气包含79%的氮气、21%的氧气、500 p.p.m的二氧化碳,湿度45%,温度25摄氏度。测试结果让人十分满意,这种新型锂空气电池在700次充放电循环中没有发生任何故障。很显然,这是负极碳酸锂/炭保护层的功劳,因为如果使用没有保护的锂负极,相同的电池结构只能循环11次。研究者还发现,碳酸锂/炭保护层太厚或者太薄都对电池的性能不利,循环沉积10次所得保护层厚度最佳。对于放电过程在正极上产生的放电产物,研究者也进行了表征,验证了该产物只包含过氧化锂,而没有碳酸锂和氢氧化锂这两种与二氧化碳和水有关的副产物。另外,EMIM-BF4和DMSO混合物电解质也表现出了良好的稳定性,经历550个充放电循环而没有明显变化。研究者还通过微分电化学质谱原位检测产生以及消耗的气体,从而定量研究电池充放电过程中的电化学反应。实验结果证明,在充放电过程中通过双电子转移过程发生了可逆的过氧化锂形成和分解。
锂空气电池中的正极性能研究。
除了研究了放电产物的形貌和组分,研究者还通过密度泛函理论(DFT)计算、分子动力学模拟来进行机理研究,进一步解释为什么这种结构的锂空气电池能够在模拟空气氛围中长时间稳定地工作。
实验室制备的锂空气电池器件。
“我们的锂空气电池设计代表了电池领域的一场革命,”Amin Salehi-Khojin教授说,“这种真正的锂空气电池的首次问世,是发展‘超越锂电’电池的重要一步。不过,想要将其商业化我们还有更多工作要做。”[1]
A lithium–oxygen battery with a long cycle life in an air-like atmosphere
Nature, 2018, 555, 502-506, DOI: 10.1038/nature25984
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。
据外媒报道,蔚山国立科学技术研究院(UNIST)和三星高级技术研究所(SamsungAdvancedInstituteofTechnology)的联合研究团队宣布,已成功开发出陶瓷基锂空气电池,使电动汽车一次充电就能行驶1000公里,并大幅延长电池使用寿命。研究团队用陶瓷材料取代锂空气电池的有机材料,从而延长电池寿命。该团
锂空气电池是储能界的圣杯,金属锂和空气正极放电时提供数十倍于锂离子电池的容量,在过去的十年时间得到广泛的关注,在众多的paper当中当然不会缺乏佼佼者。今天我们就来聊一聊那些发表在顶刊Nature,Science上的锂空气电池文章到底说了啥。(来源:微信公众号微算云平台ID:v-suan作者:一去不回头)
日媒称,日本企业陆续研发大幅提高空气电池使用寿命的技术,使用寿命是有“终极蓄电池”之称的空气电池的最大课题。富士通旗下的FDK公司开发的氢-空气燃料电池有望3年后实现实用化。日本电信电话公司(NTT)试制出使用寿命较长的锂空气电池。据《日本经济新闻》3月18日报道,空气电池不仅轻便,而且性能
Li-CO2电池(锂-二氧化碳电池)是目前最有前景的能量存储与转化器件,不仅可以减少化石燃料消耗,还可以抑制二氧化碳排放对气候的影响。然而它们的电化学性能仍需提高,也就是说必须改善CO2还原和析出反应的动力学过程。在一个典型的Li-CO2电池中,根据4Li+3CO2→2Li2CO3+C的化学反应过程,在放电过程
二维材料构筑的催化剂可提升电动汽车的行驶里程。锂空气电池(Lithium-airbatteries)是一种用锂作负极,以空气中的氧气作正极的电池。虽然锂空气电池目前仍处于实验开发阶段,但其在能量密度方面表现出来的优势已经得到了认可,有望成为普通锂离子电池的革命性替代品。催化剂有助于提高电池内部的化学
当前基于石墨负极的锂离子电池的实际能量密度已经接近其理论值(约为350Whkg-1),因此现有锂离子电池很难满足更长续航电动汽车的发展需求。在众多其他备选负极材料中,锂金属具有诸多优势,比如:极高的比容量(3860mAhg-1),极低的标准氧化还原电位(-3.040V)和很小的密度等,所以锂金属一直被认为是最理
基于锂氧化学的极高的能量潜力,锂空气电池成为当前最先进的锂离子电池的替代品而被提升。然而,由于环境空气中存在非O2成分,锂空气电池的实际性能仅限于几个周期且能量效率低。特别是CO2进入电池系统,在放电过程中不可避免地形成碳酸锂,这导致充电电势的严重攀升和相关电池组件的分解。【成果简介
锂空气电池是一种非常有潜力的高比容量电池技术,其利用锂金属与氧气的可逆反应,理论能量密度上限达到11000Wh/kg,远超过锂电池目前200+Wh/kg的实际能量密度,因此得到了学术界和工业界的热捧,被广泛认为是一项电池领域中未来的颠覆技术。然而锂空电池方面的研究在业内也一直存在着不少质疑之声,不
电化学储能(EES)技术在推动现代社会发挥重要作用。在各种EES技术中,金属-空气电池在高体积、重量、能量密度方面具有前景。在飞机,航天飞机,潜艇等密闭空间内,迫切需要高能量密度的便携式电池。在这种情况下,金属空气尤其是锂空气电池是非常有前景的。提高Li-CO2电化学的可逆性和能量效率将有助于
基于其高能量密度的优势,锂空气电池成为可充放二次电池领域的一个研究热点。现有绝大多数的锂空气电池的工作,仍停留在锂氧气电池这一初步阶段。然而,如何实现从锂氧气电池到锂空气电池的过渡,是锂空气电池实用化的一大难题。其中的核心难点主要集中在,相比于纯氧气环境下的氧还原过程,在空气气氛
473澳元/kWh彭博新能源财经基准情景估算的4-20小时之间的储能锂离子电池成本29%LakeBonney两小时储能电池仅通过套利就可收回的资本支出比例23%HornsdalePowerReserve1.3小时储能电池仅通过套利就可收回的资本支出比例可再生能源在澳大利亚电力市场的渗透率不断上升,这加剧了价格波动,为电池创造了有
北极星电池网获悉,6月25日,中瑞股份与株式会社KNS(以下简称“KNS”)签署了《合作投资合同》,拟在韩国京畿道平泽市共同设立以锂离子电池零部件制造及销售为主要业务的境外控股子公司株式会社中瑞韩国(英文名称为ZRKCo.,Ltd.,以下简称“中瑞韩国”,暂定名)。中瑞韩国注册资本为50亿韩元,其中中
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
雅化集团6月19日公告,下属全资子公司雅化锂业(雅安)有限公司与美国特斯拉公司签订了《生产定价协议》,约定从2025年至2027年,特斯拉向雅安锂业采购碳酸锂产品。产品价格根据双方协议约定的方式确定。
近期,已逐渐企稳的碳酸锂价格再度连续下滑。现货市场中,6月11日,电池级碳酸锂价格跌800元报10.03万元/吨,逼近10万元关口。6月12日,电池级碳酸锂价格下跌800元,均价报9.95万元/吨,部分机构给出的最低报价甚至达到了9.8万元/吨。期货市场表现也并不乐观。6月11日,碳酸锂期货2407、2408合约双双跌
科力远5月24日在投资者互动平台表示,按自有矿全自供生产碳酸锂核算,公司碳酸锂整体制造成本约在7万以内。目前,自有矿供给尚需扩能提升,同时需采购部分锂精矿,整体生产成本相对较高。此外,公司正在研发新型提锂和选矿技术,未来有助于进一步降低综合成本和尾渣量,提升碳酸锂业务盈利水平。
北极星储能网获悉,据九江濂溪区发布消息,5月27日上午,九江云威锂业有限公司一期年产2万吨氢氧化锂和碳酸锂项目投产仪式在江西省九江市濂溪产业园举行。据悉,该项目于2022年落户濂溪产业园,建设年产5万吨电池级氢氧化锂、碳酸锂。该项目分两期建设,总投资25亿元,其中一期年产2万吨电池级氢氧化锂
近日,智利矿业化工(SQM)发布一季报。财报显示,SQM2024年一季度收入10.85亿美元,去年同期收入为22.64亿美元,同比减少52.10%;2024年一季度净亏损8.69亿美元(约合人民币62亿元),去年同期净利润为7.52亿美元。这也是近一年来,SQM首次出现单季度亏损。亏损拉低“锂王”业绩SQM是全球第二大锂生产商
遥想当年,碳酸锂价格高涨之时,宁德时代祭出了具备低成本优势的钠离子电池。一时间,包括比亚迪、孚能科技,欣旺达、多氟多、鹏辉能源、派能科技、中科海纳、众钠能源、传艺科技等电池产业链企业也都纷纷加码钠电池。彼时,业内纷纷看好钠电池前景。“从下游应用来看,钠电池或将首先应用于储能、两轮
来自市场需求的传导,碳酸锂进口量正出现强劲的增长。(文章来源:高工锂电,ID:weixin-gg-lb)根据海关统计数据,2024年4月份,国内碳酸锂进口量达到2.12万吨,同比增长87%,进口金额18.9亿元,进口均价为8.3万元/吨。仅从今年4月份的数据来看,碳酸锂的单月进口量已经超过了2023年全年单月进口量的
北极星电池网获悉,近日天齐锂业在投资者互动平台表示,公司的主营业务为锂矿开采、锂精矿与锂化工产品及衍生物的生产、加工和销售。公司在国内外共有五处已建成的锂化工产品生产基地,分别位于四川射洪、重庆铜梁、江苏张家港、澳大利亚奎纳纳以及四川遂宁安居,目前已建成综合锂化工产品年产能为8.88
锂价走势是决定锂企业绩情况的核心指标。自2022年12月以来,碳酸锂价格持续下跌,锂电池重要原材料碳酸锂价格剧烈下行,锂行业景气度走弱,相关企业利润下滑。锂电行业供需格局会否生变,锂电企业又如何适应新变化?《中国能源报》记者就此进行了采访。近日,锂矿龙头企业天齐锂业发布业绩公告,今年第
北极星电池网获悉,5月8日雅保举行了100吨电池级碳酸锂的售卖招标,最终结果为111,000元/吨(含税价格,眉山自提)。在5月22日,仍将有100吨电池级碳酸锂的售卖招标计划。
5月7日,西藏矿业在2023年及2024年第一季度业绩说明会上表示,前一阶段锂产品价格暴涨暴跌是非理性的。从长期来看,随着新能源行业的快速发展和全球对环保、可再生能源的重视,锂等矿产资源的需求仍然具有巨大的增长潜力。对于未来行业供需情况,公司持乐观态度,也将密切关注市场动态和行业趋势,灵活
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!