登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
若反应的吉布斯自由能为负,则反应在标准条件下自发进行,当反应可逆时,这个反应所做的最大电功等于反应的吉布斯自由能,即
中,n为每摩尔反应物转移的电荷数,F为法拉第常数,E为电动势。理论质量能量密度(TGED)和理论体积能量密度(TVED)可分别通过如下公式计算:
其中,和分别表示反应物的摩尔质量之和与反应物的摩尔体积之和。电极材料的比容量与自身每摩尔质量可输送的电量有关,计算公式如下:
在转换反应中,每个过渡金属离子的电子转移不少于一个,而插层反应中通常为0.5-1.0个。
2. 电池的选择
电池的选择主要从正极和负极两方面来考虑。选择研究最为广泛的Li、Na、K、Mg、Al和Zn作为负极,其可以与各种各样的正极想配对。目前LIBs主要还是采用商业石墨作为负极,其理论比容量只有372 mAh g−1,目前LIBs在三种应用领域下的性能如表1所示。
表1. 三种类型锂离子电池的性能
高容量纳米硅具有4200 mAhg−1的理论比容量,且已用于高GED/VED电池,但大的体积膨胀,限制了其容量发挥。通常情况下,电池中所用纳米硅负极的容量主要在420-450 mAh g−1,少有高于600mAh/g。金属锂因其较低的电化学氧化还原电位(−3.040 V vs NHE)和较高的理论比容量(3860 mAh g−1)而成为负极的最终选择,表2给出了这几种负极材料的性能比较。所选的电池正极由原子序数小于54的元素组成,包括纯元素、氟化物、氧化物、氮化物、硫化物、氯化物、碳酸盐和硫酸盐,但未考虑插层化合物的正极,如钴酸锂。
表2. Li、Na、K、Mg、Al、Zn的性能比较
3. 电池的筛选标准和结果
从高能量密度、高电压、低成本和低危害性的角度对电池进行筛选,筛选流程如图1所示。最终,符合标准的电池只有51种,以Li2O为反应产物的O2/Li电池具有最高的理论质量能量密度达到5217 Wh kg−1,O2/Al电池以4311 Wh kg−1的理论质量能量密度排名第二,O2/Mg电池的理论质量能量密度为3924 Wh kg−1,排名第三。
图1. 电池筛选流程图
不同负极电池的理论质量能量密度和理论体积能量密度比较如图2a-b所示。在锂、镁、铝、钠、钾、锌六种负极中,锂电池的理论质量能量密度含量最高,镁电池和铝电池次之,钾电池和锌电池排在最后;而无论负极是什么,以O2为正极的电池总是具有最高的理论质量能量密度。但从理论体积能量密度角度看,铝电池和镁电池是最理想的电池。整体而言,锂电池、镁电池和铝电池在理论质量能量密度和理论体积能量密度方面比钠电池、钾电池和锌电池更有利。从图2c可以看出,CuF2/Li电池的电动势最高,超过3.5 V。一般而言,氟化物正极比氧化物正极具有更高的电动势。图3d显示了高理论体积能量密度和电动势的铝电池,与锂电池对应,CuF2/Al电池在这九种电池中具有最高的电动势,超过2.4 V,而氧化物正极的理论体积能量密度比氟化物高。
图2. 理论质量能量密度和理论体积能量密度(基于正极和负极活性材料)与电池电动势的比较。
4. 电池实际能量密度的估算
通过设计成软包电池来评估筛选出的51种电池的实际能量密度(由于技术缺陷,气体或液体正极的电池尚未计算出来)。其中电解质由20 μm厚的PEO/LiTFSI复合薄膜构成,软包电池的结构如图3所示。值得注意的是,这51种电池的电动势均在3.6 V以下,低于PEO/LiTFSI的氧化电位,正极活性物质在电极中的占比达到96%,负极为纯锂、钠、钾、镁、铝或锌,N/P比为2(N/P比为正负活性物质容量比),假设密封薄膜和极耳占整个电池的质量的8%,体积的0.1%。
图3. 以CuF2/Li为例,基于PEO/LiTFSI电解质的软包电池结构示意图
通过估算,理论质量能量密度中排名前20的电池的预测质量能量密度(PGED)如图4a所示,S/Li电池的PGED值最高,为1311Wh kg−1,CuF2/Li电池排在第二位,为1037 Wh kg−1,FeF3/Li电池位列第三,为1003 Wh kg−1,PGED与理论质量能量密度的比值在0.48-0.67,这一结果表明大于1000 Wh kg−1的软包电池是可以实现的。理论体积能量密度中排名前20的电池的预测体积能量密度(PVED)如图4b所示,CuO/Al、Co3O4/Al、MnO2/Al电池的PVED最高,分别为2899 Wh L−1、2834 Wh L−1、2745 Wh L−1,PVED/TVED的比值在0.50-0.53之间,可以看出利用软包电池来达到800 Wh L−1的目标也是可行的。
图4. 具有高理论质量能量密度和理论体积能量密度电池的PGED与PVED
5. 其他高能量密度电池
插层化合物,如富锂层状正极(xLiMO2(1−x)Li2MnO3)的容量超过250 mAh g−1,工作电压超过3.5 V,得到了广泛的研究。采用Li1.25Co0.25Mn0.50O2与单层Li2MnO3超晶格结构耦合的正极甚至能达到400 mAh g−1的可逆能量密度。尽管插层电池可以在短期内实现较高的能量密度,但低的理论能量密度限制了电池的长远发展。氟离子电池是基于金属氟化物/金属(MFx/M')组合通过F−穿梭构成的二次电池。由于金属氟盐的高密度,这些电池具有高于4000Wh·L−1的理论能量密度,远高于商用LIBs。然而低的首效,快的衰减速率,大的体积变化及不安全性等因素阻碍了其商业化应用。有机化合物具有低的分子量和多电子转移能力,这使得它们的理论容量可以轻松超过400 mAh g−1。尽管一些有机电极具有超高的理论容量,但它们的平均电压大多很低。如PTBDT的理论比容量为1116 mAh g−1,但是由于硫醚阳离子的还原反应,其放电平台很低。
【总结与展望】
根据热力学计算,同时考虑兼具高理论质量能量密度和理论体积能量密度,H2O/Li、S/Li、H2O/Al、H2O/Mg、S/Mg、CuF2/Li、FeF3/Li、MnO2/Li、MoO3/Li等电池具有较强的储能能力。具体而言,锂电池具有最高的理论质量能量密度,而铝电池具有最高的理论体积能量密度。除了基于转换反应的电池外,其他电池如富锂氧化物和氟碳电池也可以考虑作为高理论质量能量密度和理论体积能量密度的替代方案。凭借高的理论极限,基于转换反应的电池是能量存储系统的长期目标。通过对电池能量密度的系统计算和分析,阐明了电池设计的局限性,也为下一代储能技术的发展指明了方向。
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。
作者:刘通1,3杨瑰婷1毕辉4梅悦旎1刘硕1宫勇吉3罗文雷2单位:1.空间电源全国重点实验室,上海空间电源研究所;2.军事科学院国防科技创新研究院;3.北京航空航天大学材料科学与工程学院;4.中国科学院上海硅酸盐研究所引用:刘通,杨瑰婷,毕辉,等.高能量密度与高功率密度兼顾型锂离子电池研究现状与展望[
北极星储能网获悉,3月6日,豪鹏科技在互动平台表示,目前,公司半固态电池的体积能量密度比指标上可达到950Wh/L,循环寿命大于500周,并通过针刺和过充等相关安全测试,适用于AIPC,AI手机和AI眼镜等对体积能量密度有较高要求的领域,陆续向海内外品牌客户送样测试。全固态电池方面,预计最快可于年内
北极星储能网获悉,据财联社2月25日消息,岚图已启动第三代固态电池的技术迭代,新一代动力电池系统将在保持300Wh/kg的能量密度基础上,充电倍率提升至3~5C,电解液含量0%,并可实现极宽温域运行。岚图汽车是国内较早布局固态电池技术的新能源车企之一,早在2021年,其第一代半固态电池已批量应用于梦
北极星储能网获悉,2月19日,日本东京国际二次电池与储能展览会上,德尔股份展示了其自主研发的新一代固态电池产品。该产品采用氧化物为主,复合有机材料的电解质,从而形成优良的固态界面,实现高安全性和卓越性能。据悉,德尔股份的固态电池技术不使用挥发性材料,相比传统锂离子电池,可在更高温环
北极星储能网获悉,12月26日,恩捷股份在投资者关系活动中提到固态电池项目相关进展,称固态电池理论上能量密度天花板更高(可达500Wh/kg)。硫化物全固态电池最具有潜力。在全固态化物电池关键材料领域的进展:在硫化物电解质上,恩捷股份在离子电导率上取得一定突破,能满足不同客户对电导率和粒径分
北极星储能网获悉,休斯顿大学Canepa研究实验室的一个跨学科研究国际团队开发了一种用于钠离子电池的新型材料,可以提高钠离子电池的效率并提高其能源性能,为更可持续和更实惠的能源未来铺平道路。新材料磷酸钒钠,化学式为NaxV2(采购订单4)3,通过将能量密度(每公斤存储的能量)提高15%以上来提高
北极星储能网获悉,近日,三星SDI在中国获得一件固态电池专利。据了解,该专利通过复合物优化电池以及其他组件协同设计、副反应抑制和传输路径保护等方式,提升了稳定性,整体结构方面除了正负极层和电解质层外在正极上还拥有一层非活性构件。该电池通过含锂硫化物正极活性物质和优化的负极结构,能量
北极星储能网获悉,冠盛股份11月27日在投资者互动平台表示,公司在建半固态电池项目,100-300Ah半固态储能电池产品具有高度安全性且循环寿命可达6000-12000次上限,能量密度160~180Wh/kg。
北极星储能网获悉,11月25日,工信部发布了关于2023年度新能源汽车监督检查结果的通报,通报显示共有9家企业的9个车型存在生产一致性问题。在新能源乘用车中,福建天际汽车电动汽车能量消耗量生产一致性不符合标准要求。而在新能源货车中,申龙汽车某车型存在动力电池能量密度与《公告》备案参数不一致
北极星储能网获悉,有投资者在投资者互动平台提问欣旺达:贵公司的固态电池,有最新的进展没?欣旺达(300207.SZ)11月14日在投资者互动平台表示,欣旺达已经通过负极使用锂金属进一步将固态电池能量密度提升至500Wh/kg,目前已经有实验室原型样品。预计2027年完成能量密度大于700Wh/kg全固态电池实验
北极星储能网获悉,11月5日,欣旺达在投资者互动平台表示,欣旺达已经通过负极使用锂金属进一步将固态电池能量密度提升至500Wh/kg,目前已经有实验室原型样品。预计2027年完成能量密度大于700Wh/kg全固态电池实验室样品制作。与此同时,针对半固态电池,欣旺达表示,欣旺达相关电池的能量密度可以至500
作者:周洪1,2(),俞海龙3,王丽平4,黄学杰3()单位:1.中国科学院武汉文献情报中心;2.中国科学院大学经济与管理学院信息资源管理系;3.中国科学院物理研究所;4.电子科技大学材料与能源学院引用:周洪,俞海龙,王丽平,等.基于BERTopic主题模型的锂电池前沿监测及主题分析研究[J].储能科学与技术,2025,14(
北极星储能网获悉,3月12日,恩捷股份披露投资者关系活动记录表,公布公司半固态隔膜、固态电解质未来研发方向、固态电池应用前景等情况。对于公司半固态隔膜情况,恩捷股份表示与北京卫蓝新能源科技股份有限公司、溧阳天目先导电池材料科技有限公司合资成立江苏三合电池材料科技有限公司,恩捷持有51%
中国具身智能机器人产业正处于技术与商业化落地的临界点。在政策密集支持、资本持续涌入、技术迭代加速等多重利好驱动下,具身智能机器人领域正从实验室研发迈向规模化量产新阶段。进入2025年,由于宇树科技在春晚的“出圈”,具身智能机器人领域成为市场投融资的热点,科技巨头纷纷布局、初创公司不断
行业过去几年投资的负极材料项目,正加速进入产能释放期。近日,有报道称,山西凯达新材料科技有限责任公司(简称“山西凯达”)年产20万吨锂电池负极材料前驱体及余热低碳节能综合利用项目一期土建工程,目前已完成90%,部分设备已进场,预计7月份将投入运行。据了解,该项目占地67.2亩,总建筑面积3
行业概况锂电材料指为锂电池的生产过程中所需的各种原材料,能够决定电池的性能、安全性、寿命和成本。目前锂电池由正极、负极、电解质、电解质盐、胶粘剂、隔膜、正极引线、负极引线、中心端子、绝缘材料、安全阀、正温度系数端子(PTC端子)、负极集流体、正极集流体、导电剂、电池壳等构成,锂电材
北极星储能网获悉,3月11日,中国汽车动力电池产业创新联盟发布2025年2月国内动力电池数据,2月动力电池装车量34.9GWh,环比下降10.1%,同比增长94.1%。其中三元电池装车量6.4GWh,占总装车量18.5%,环比下降24.6%,同比下降7.2%;磷酸铁锂电池装车量28.4GWh,占总装车量81.5%,环比下降6.0%,同比增长
北极星储能网获悉,保时捷全球于2025年3月1日正式收购德国瓦尔塔股份公司集团旗下的V4Drive股份有限公司,并更名为V4Smart。双方将整合各自在圆柱形锂离子电池领域的专业技术,推动V4Smart品牌高性能电池的生产。V4Smart电池是高性能混合动力系统T-Hybrid的关键部件。保时捷设备制造有限公司已开始大力
北极星储能网获悉,3月11日,甘肃省金昌市政府与杭州鹏成新能源有限公司(简称:鹏成新能源)合作框架协议签约仪式在市行政中心举行,双方将在新能源电池领域开展深度合作。此次签约的蓄谷新能源产业园项目将建设年产1GWh锂电池集成系统、1GWh锂离子电芯、2万吨全硅负极材料和1万吨锂电池回收再生的新
北极星储能网获悉,近日,福建漳州市发改委宣布位于福建诏安工业园区内的超大圆柱钠离子储能电池中试基地项目正式开工建设,该项目是民营企业诏安金钠新能源科技有限公司在新材料和储能领域的一次重大突破。据了解,该项目总投资1.8亿元,占地面积达37,256.1平方米,总建筑面积47,168平方米,规划建设
北极星储能网获悉,3月4日,浙江省人民政府下达2025年浙江省国民经济和社会发展计划。其中提到,确保台州清陶锂电池等项目建成投运。培育壮大新兴产业,“一业一策”支持生物医药、高端装备、新能源汽车、新材料等产业发展,提升智能物联、集成电路、高端软件、智能光伏等产业集群建设水平,力争战略性
北极星储能网获悉,3月4日,安徽省淮南市生态环境局发布“安徽玖仕新能源科技有限公司新能源锂电池回收及综合利用项目”的环境影响评价第一次公示,标志着该项目正式进入环保审查阶段。该项目的建设单位为安徽玖仕新能源科技有限公司,将租用淮南经济技术开发区智慧显示产业园二号厂房,改造面积约1500
北极星售电网获悉,3月14日,新疆电力交易中心发布关于征求《新疆电力市场管理委员会工作(议事)规则(征求意见稿)》等4个征求意见稿意见建议的通知。其中包括《新疆电力市场结算方案(修订稿)》部分修订条款。补充增加独立储能结算相关条款,明确独立储能充放电分别按照用电侧、发电侧进行结算。第
北极星储能网获悉,3月10日,中煤于田新能源有限公司成立,法定代表人为于建民,注册资本约8.4亿人民币,经营范围包括太阳能发电技术服务、新兴能源技术研发、储能技术服务等,由中国中煤旗下中煤电力有限公司全资持股。今年以来,中煤电力有限公司已成立中煤电力(哈密)新能源投资有限公司、中煤(南
北极星储能网获悉,3月11日,全球产能最大的短流程钒电解液制备项目在内江投运,这是四川发展(控股)公司贯彻落实国家“双碳”战略、加速布局新型储能战略性新兴产业的第一个重大产业化项目,标志着四川省储能产业建圈强链迈出新步伐。此次投产的年产60000m短流程钒电解液制备项目,采用自主研发的新
北极星储能网获悉,3月12日,四川宜宾组织申报2024年度新型储能项目补助。对宜宾市内纳入四川省新型储能示范项目且装机规模10万千瓦/20万千瓦时及以上的电网侧独立储能电站,按年度参与电网统一调度,单个项目每年最高补助400万元。对2024年以来在宜宾市内新建设投运且装机规模不低于100千瓦的用户侧储
2021年以来,储能市场风起云涌、群雄争霸,储能行业进入蓬勃发展阶段。与此同时,储能的“商业模式”与“收益率”也成为大家讨论的热点。而这个热点问题,离不开电力市场,可谓是储能收益“成也电力市场,败也电力市场”。仅凭一纸账单,虽能够得知储能收益情况,但这些数字背后的形成原因更值得我们挖
日前,澳大利亚能源市场运营商(AEMO)透露,在最近进行的新南威尔士州路线图竞争性招标中,将近14GWh长时储能系统成功中标。其中包括两个电池储能系统和一个位于Mudgee镇以西35公里的抽水蓄能发电设施(PHES),总计规模为1.03GW/13.79GWh。三个成功中标的储能项目分别是由Enervest公司拥有并运营的12
近日,2025年“北极星杯”储能影响力企业评选颁奖典礼在浙江杭州隆重举行。天合光能凭借前瞻性技术创新、卓越的系统集成能力以及出色的市场表现,荣获“储能影响力系统集成商”“储能技术创新企业”两大奖项,充分彰显其在储能全产业链的技术实力与在全球新能源赛道中的领跑地位。天合光能始终将科技创
近期,多座储能电站获最新进展,北极星储能网特将2025年3月10日-2025年3月14日期间发布的储能项目动态整理如下:1GW/2GWh!山东烟台储能中心项目开工近日,山东烟台举办春季高质量发展重大项目建设现场推进会,321个重点项目集中开工,其中包括烟台储能中心(西部)1GW/2GWh项目。据了解,山东烟台储能
国家能源局发布的数据显示,截至2024年年底,全国已建成投运的新型储能项目,累计装机规模达73.8GW/168GWh,较2023年底增长超过130%。平均储能时长2.3小时,较2023年底增加约0.2小时。从储能时长看,4小时及以上新型储能电站项目逐步增加,截至2024年年底装机占比为15.4%,较2023年底提高约3个百分点。
继订单调价后,赣锋锂电又一则消息引起广泛关注。赣锋锂业3月13日公告,赣锋锂电拟用自有资金以定向减资回购的方式,回购部分股东持有的赣锋锂电股份。本次赣锋锂电实施定向减资回购的股份数量拟不超过4.99亿股,对应的回购资金约16.00亿元。01对赌“败了”的锂王细究下来,赣锋锂电此举与公司上市遇阻
北极星储能网获悉,3月11日,广东肇庆市高要区人民政府印发《肇庆市高要区碳达峰实施方案》。其中提出,因地制宜拓展新型储能多元化应用,推进新能源发电配建新型储能,规划引导独立储能合理布局,鼓励用户侧储能发展。大力推进“新能源+储能”项目建设,落实“新能源+储能”标准配置政策,2023年7月1
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!