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新材料提升锂电池容量更新：2012-10-29 13:17:08作者：中国储能网新闻中心来源：麻省理工科技创业 点击：200次【字号：大 中 小】 中国储能网讯：这项突破的核心是介孔二氧化钛-B微球，它的特征是有一些通道和空穴，可以畅通地让离子流过，具有一种类似电容的机制。 在二氧化钛-B结构中，这种准电容特性（pseudocapacitive）行为源自锂吸收与扩散的独特位置和能量转换，来源： 橡树岭国家实验室 电池将获得改进，因为橡树岭国家实验室（：ORNL Oak Ridge National Laboratory）的一项发现可以提高功率、能量密度和安全性，同时显著减少充电时间。 研究小组的领导是刘寒山（Hansan Liu），吉尔伯特布朗（Gilbert Brown）和帕兰斯帕兰特门（Parans Paranthaman），他们都是能源部实验室化学科学部的，他们发现，二氧化钛（titanium dioxide）可制成一种非常理想的材料，可以增加表面积，具有快速充放电功能，可用于锂离子电池。与传统技术相比，充电时间和容量上的差异是惊人的。 “我们可以在六分钟使电池充电达到满容量的50，而传统的基于石墨的锂离子电池，在同样的时间只能存10，”刘寒山说。 与商业钛酸锂（lithium titanate）材料相比，橡树岭国家实验室的化合物还拥有更高的容量，每克256 - 165毫安时，而且有一个倾斜的放电电压，有益于控制充电状态。与此特点相结合的是，事实上，这种氧化物材料非常安全，持久耐用，可替代商用石墨，这就使它非常适合用于混合动力电动汽车，也可进行其他高功率应用。 这项成果，最近发表在先进材料（Advanced Materials）上，具有特别重要的意义，可用于太阳能、风能和智能电网的固定储能系统。二氧化钛带有青铜多晶型（bronze polymorph），也有优势，可望更便宜，刘寒山说。 这项突破的核心是二氧化钛的新架构，名为介孔二氧化钛-B（mesoporous TiO2-B）微球，它的特征是有一些通道和空穴，可以畅通地让离子流过，具有一种类似电容的机制。因此，锂离子电池用二氧化钛- B替代石墨电极，充放电就更迅速。 “理论研究已经发现，在二氧化钛-B结构中，这种准电容特性（pseudocapacitive）行为源自锂吸收与扩散的独特位置和能量转换，”作者在他们的论文中写道。 帕兰特门指出，这种微球形状材料可以进行传统的电极制造，能制成紧凑型电极层。然而，他也指出，这种材料的生产过程是复杂的，涉及到很多步骤，所以还需要更多的研究，以确定是否可扩大规模。 论文的其他作者有毕中合（Zhonghe Bi）、孙晓光（Xiao-Guang Sun），雷蒙德尤纳西（Raymond Unocic）和戴盛（Sheng Dai）。这项研究的支持来自美国能源部科学办公室，橡树岭国家实验室的实验室定向研究和发展计划，以及橡树岭国家实验室的共享用户设施，是由基础能源科学赞助的。石墨烯电极提升锂电池容量更新：2012-10-29 13:09:16作者：新闻中心来源：麻省理工科技创业 点击：129次【字号：大 中 小】 中国储能网讯：锂离子电池已广泛用于许多电子设备，在我们日常生活中很重要。然而，二十年来，稳步提高10-15之后，锂离子电池的能量密度目前已接近其理论极限，制约它能量的，就是这些电池使用的阴极和阳极材料。因此，近年来，全球都积极追求下一代能源储存系统。 （a）功能性石墨烯片结构示意图（上图），具有理想的双峰多孔结构（较下方的图像），这非常有利于锂氧电池运行。（b）锂氧电池的放电曲线采用FGS（C / O = 14）作为空气电极（PO2 = 2 ATM）。 来源：太平洋西北国家实验室 有一种这样的系统就是金属/空气电池，它具有高得多规格能量，胜过现有的大多数原电池和充电电池。 “金属/空气电池是独特的，因为正极活性材料不是存储在电池中，”张基广（Ji-Guang Zhang）博士说，他是西北太平洋国家实验室（Pacific Northwest National Laboratory）转型材料科学项目的研究员。 “相反，环境中的氧气被还原，在空气电极内的催化表面，形成一种氧物化或过氧化氢离子（peroxide ion），进一步与电解液中的阳离子（cationic）成分反应。Li/O2偶特别有吸引力，因为它可能具有最高的规格能量，在所有已知的电化学偶中都是这样。” 在迄今探讨的各种电化学储能系统中，锂空气电池最有前途的一种技术，理论能量密度接近十倍于传统的锂离子电池。这是因为锂金属作为阳极，容量十倍于传统石墨阳极，而氧气作为锂空气电池的正极，可从环境中自由吸收，这就显著减少了电池重量和成本。 为了用于实用设备如电动汽车，研究人员期望，锂-空气电池达到约800瓦时/千克的能量密度，这就三倍于最先进的锂离子电池。因此，锂-空气电池有极大潜力，可进行许多应用，这就要求能量储存系统要超越锂离子电池，如远程电动汽车，每次充电可以行驶500多公里。 报道他们的成果，是在2011年10月10日纳米快报（Nano Letters）在线版，题目是分层多孔石墨烯用作锂空气电池电极（Hierarchically Porous Graphene as a Lithium-Air Battery Electrode），张基广和他在西北太平洋国家实验室的小组证明，一种新的空气电极，包含不寻常的分层排列功能化石墨烯薄片（无催化剂），可带来极高的锂氧电池容量，就是15000毫安时/克，这是这一领域有史以来报道的最高值。 这种锂-空气电池的性能受许多因素影响，如电解质成分，宏观结构的空气电极，微观直到纳米结构的含碳材料。反应产物（如Li2O2）沉淀在含碳电极上，最终会阻塞氧气通道，限制锂-空气电池的容量。 太平洋西北国家实验室小组最近的工作，最大限度地减轻了空气电极阻塞问题，显著提高了的容量。 “以前的工作使用介孔炭或石墨烯薄片，或浇铸成一种堆叠式二维结构，这就限制了它的可用容量，”张基广说。“我们的工作首次展示了一种自我组装的、双峰石墨烯结构，既有微米大小的开放孔隙，可加快氧气扩散，也有大量纳米孔隙（2-50纳米），可催化Li-O2反应，同时防止过快增长的放电产物阻塞化学通道。” 此外，研究表明，石墨烯的缺陷和功能组，有利于形成孤立的纳米尺寸的Li2O2颗粒，有助于防止空气电极中的空气阻塞。成片石墨烯的分层有序多孔结构，可进行实际应用，促进使用这种结构的大多数石墨薄片。 制备空气电极采用功能化石墨烯薄片时，这种功能化石墨烯薄片首先要分散在微乳溶液中，这种溶液也包含电极粘结剂材料。经浇铸并干燥后，非常不寻常的形态就会制成。 “令人惊讶的是，这种功能化的石墨烯薄片聚合成松散堆积的“破蛋”结构，留下很大的相互连接的隧道，一直穿进整个电极深处，”张基广说。“这些隧道作用就像众多的动脉，不断供应氧气进入电极内部，在放电过程中就是这样。更重要的是，这种复杂的孔隙结构在电解液渗透后仍然保留下来，不像测试过的其他多孔碳材料。” 他们用扫描电子显微镜（SEM）观察“碎蛋”的“壳”，研究人员发现，这些“壳”包含许多较小的连续纳米孔，连通大隧道。张基广指出，这种独特的形态是一种理想的设计，可用于空气电极。“在放电过程中，强大的大型隧道可以作为“高速公路”，供应氧气进入空