石墨烯锂离子电池.docx

石墨烯锂硫电池以超快长循环寿命锂硫电池：基于石墨烯的三明治结构为题，介绍了高容量、长循环寿命、低成本及环境友好的新型石墨烯锂硫(Li-S)电池开发，并取得重大突破。据介绍，新型石墨烯锂硫电池理论比能量为2567Wh/Kg而中科院金属所采用石墨烯集电体的轻质特点，使其构成的锂硫电池具有更高的能量密度。目前常用锂电池能量密度140Wh/Kg。也就是说，该电池的储电能力达到目前锂电池18倍以上，相当于将比亚迪E6电动汽车700KG电池，缩小约95%或35KG.根据早前的各方面消息，该电池的功率密度及充电时间均已解决，一次充电多在6分钟以内，其循环次数及电池寿命高于目前锂电池的百倍。大众化车用动力电池即将投入使用阶段，据测算，使用该电池之电动汽车的使用成本，约相当于燃油汽车的20%。据2014年2月17日中科院金属所的最新消息，石墨烯锂硫电池研发再次取得重大突破。这种超级电池“组装方法与现有锂离子电池工艺兼容，具有进一步放大和产业化前景”。与目前用在小汽车上电池比较,其重量下降90%以上，一次充电不超过10分钟，巡航里程超过450公里，每公里成本下降4/5，电池寿命超过30年。该项研究以工业化生产的石墨烯为原料，通过连续工艺制备了石墨烯集流体和石墨烯复合隔膜，其组装方法还与现有的锂离子电池制造工艺可以兼容，因此具有进一步放大和产业化的前景，中科院金属所已经申请了三项专利。锌锰电池以二氧化锰为正极，锌为负极，氯化铵水溶液为主电解液的原电池。俗称干电池。学术界中又称为勒克朗谢电池。用面粉、淀粉等使电解液成为凝胶，不流动，形成隔离层，或用棉、纸等加以分隔。锌锰电池的开始电压随使用的MnO2的种类、电解液的组成和pH值等的不同而异，一般在1.551.75V，公称电压为1.5V。最适宜的使用温度为1530。锌锰电池是普通干电池的升级换代的高性能电池产品，有LR6(五号)和LR03(七号)两种产品电池。产品分普通型(含汞量60%)和微汞量(含汞量不大于25%)，现正在开展无汞型电池试制。性能和用途: 电池性能符合国家行业标准，与国外电池性能相当。由于能重负载，大电流放电，电容量大，低温性能和防漏性能好，性能价格比低(价为干电池2-3倍，大电流工作电能是6-8倍)等优点而广泛用于民用和工业。特别适用于闪光照相机，微型收录机，摄像机，对讲机，BP机，剃须刀，手掌型彩电和游戏机，玩具，遥测器，报警器，计算器，助听器，手电筒和电钟等仪器设备。如AA型(五号)碱性锌锰电池用于闪光照相机可连拍8-10个胶卷，而干电池只能拍1-2个胶卷，镉镍电池就不能使用。可以说凡是使用干电池，镉镍电池的都可由碱性锌锰电池来取代。市场和经济效益: 该产品主要市场是稳定而有保证的民用市场，随着科技发展，民用电器的普及和使用，市场前景是很好的。园筒型电池中，碱性锌锰电池在美国市场占75%，欧洲48%，日本25%。我国预计1995年干电池产量为80亿节，是世界生产干电池的大国。按25%计算的话，碱性锌锰电池要生产20亿节，但国内的人均仅只每年2节，还不包括外销市场(中东、非洲、中南美和欧洲等)，因此国内外市场是很大的。该产品生产成本普通型90元/节，微汞型100元/节，市场价为25元/节，生产线的班产为8千-1万节。原材料和投资: 生产所用的原材料在国内均有定点供应，设备投资70万元，设备半年之内到位。厂房面积240-260平方米(不含办公用房)，电力要50-60千瓦。银锌蓄电池基本资料正极为氧化银，负极为锌，电解液为氢氧化钾溶液。银锌蓄电池的比能量大，能大电流放电，耐震，用作宇宙航行、人造卫星、火箭等的电源。充、放电次数可达约100150次循环。其缺点是价格昂贵，使用寿命较短。发展历程也许你是第一次听说银锌电池这个名词，但这并不妨碍银锌电池的电池鼻祖地位。早在1800年春季，意大利科学家伏打（Volta）就发明了著名的“伏打电池”。这种电池是由一系列圆形锌片和银片相互交迭而成的装置，在每一对银片和锌片之间，用一种在盐水或其他导电溶液中浸过的纸板隔开。银片和锌片是两种不同的金属，盐水或其他导电溶液作为电解液，它们构成了电流回路。这是一种比较原始的电池，是由很多银锌电池连接而成的电池组。如你所知，这便是所有电的雏形。经过了200多年的更迭，银锌电池至今仍然出现在我们的手表、计算器等低耗电设备中。既然银锌电池有那么久远的历史，为什么至今才被当作锂电池最有希望的接班人推出？其实自问世以来，民用的银锌电池就只能提供较低的电压和电流，电池容量也相当小。普通的锌银电池的正极是氧化汞加石墨，或者是氧化银加石墨，负极材料是金属锌，电解质是强碱氢氧化钾。普通银锌电池性能稳定，不可充电，占据了纽扣电池市场的半壁江山。在上世纪七十年代，人们才开发出了银锌蓄电池。银锌蓄电池正极采用Ag2O2 + 2H2O + 4e- ® 2Ag + 4OH-，负极采用2Zn + 4OH- ® 2Zn(OH)2 + 4e-，可以拥有极高的电容量和稳定的电池性能。大容银锌蓄电池价格惊人，在当今的航天飞机、导弹、鱼雷等尖端领域才能找到大容量银锌蓄电池的身影。最初的银锌电池原型对于数码设备来说，在不考虑成本的情况下，银锌电池将会使最佳的选择。为了实现银锌电池低价化的目标，一家叫做Zinc Matrix的公司自1999年开始就在风险投资的助力下开发低成本长寿命的银锌充电电池。经过了几年的努力，在2006年Intel信息技术峰会上，Zinc Martix展出了它们首个民用银锌充电电池原型。初次展出的该款电池只有1.6V电压，但电池容量可以达到10AH。在随后的两年间，Zinc Martix改名为ZPower，继续从事银锌电池的改良设计。2008年5月ZPower公司宣布旗下的银锌充电电池在同等体积下能获得超过锂电池30%40%的电容量，并且较后者更安全耐用。预计首款采用ZPower银锌充电电池的笔记本电脑将会在2009年全面上世。内部原理放电时电极反应可写成：负极Zn+20H-2e=ZnO+ H2O 正极Ag2O+H20+2e=2Ag+20H 电池总反应为：Zn+Ag2O=ZnO+2Ag 微型纽扣式银锌电池由正极壳、负极盖(二者都用不锈钢做成)、绝缘密封圈、隔离膜、正极活性材料(AgO和少量石墨粉，后者起导电作用)、负极活性材料(含汞量很少的锌汞合金)、电解质溶液(浓KOH溶液)等组装而成。质量较好的可用约1年，最好的可用约2年。手表中用的一般就是这种纽扣式电池。这种电池用完后即报废，不再去充电。为什么在纽扣式银锌电池中的负极活性材料用的不是单纯的锌而是含汞量很少的锌汞合金?这是因为如果用了单纯的锌，电池在未工作时(即空置时)就会被电池中的电解质溶液腐蚀而放出氢气,以致影响电池的使用寿命，而改用含汞虽然很少的锌汞合金的话，可以使电池在未工作时锌极被腐蚀的过程被阻止到最小的度。不仅银锌电池是这样，在其它某些电池中也采取同样的措施。如在制造锌锰干电池的传统工艺中，锌皮用氯化汞溶液处理，部分锌发生了反应：Zn+ Hg=Zn+Hg生成的汞与未起反应的锌形成锌汞合金。制造过程中控制HgCl2的用量，使生成的合金中含汞仅约0.25。汞太多则使锌变脆。近年来正在研究干池等中不用汞的工艺以避免汞污染的危害。“量子电池”比传统电池充电更快最近，来自英国、意大利等四国的物理学家在英国物理学会（IOP）刊物新物理学杂志上发表论文，提出了“量子电池”的概念，并理论证明了多量子比特相互纠缠而产生的“量子加速”能为充电提供捷径，所以用量子电池充电比传统电池更快。量子电池可以有多种物理形式，离子、中性原子、光子等。量子比特能同时处于两种状态，在量子电池中，这两种状态代表不同能级，充电表示将量子比特由低能态变成高能态，而放电是逆向过程。这些特殊的量子比特称为“工作量子比特”，因为它们可以在储电后用于以后的工作。从本质上说，实验室中任何可控的、有稳定特征能态的量子系统都可以看作是一种电池。量子系统与传统电池的重要区别是，量子比特之间的联系非常密切，整个量子比特阵列可作为一个量子态。研究人员证明：在充电过程中，与没有纠缠的量子相比，纠缠量子在低能态和高能态之间通过的距离更短，而且量子比特越多，纠缠越强，充电过程也就越快，充电使用时间与量子比特数量成反比。因此，假如1个工作比特充电要1小时，6个工作比特就只需10分钟。但实际上，典型量子系统不可能保持量子态这么长时间，它会与周围环境相互作用而退相干。除了退相干以外，量子电池用于现实的另一个障碍是，相对于手机、电动车等设备的用电需求来说，它们能存储的电量太小了。论文合著者、意大利阿卜杜斯萨拉姆国际理论物理中心物理学家约翰古尔德说：“量子系统的储电量比日常用电设备要小好几个数量级。我们只是从理论上证明了在给一个系统输入能量时，量子物理能带来加速。”此外，还有一个大问题在于：除了发热（无序能量）以外，量子电池能否做功（定向能量）。研究人员打算进一步研究热力学过程中的量子效应，以更好地理解量子电池的潜在应用。下载文档到电脑，查找使用更方便5下载券 474人已下载下载还剩12页未读，继续阅读 污染问题，更符合环保要求，由于铅晶蓄电池用硅酸盐取代硫酸液作电解质，从而克服了铅酸电池使用寿命短，不能大电流充放电的一系列缺点，更加符合动力电池的必备条件，铅晶电池也必将对动力电池领域产生巨大的推动作用。 铅晶蓄电池较铅酸电池具有无可比拟的优越性： 1铅晶电池的使用寿命长 一般铅酸电池循环充放电都在350次左右，而铅晶电池在额定容量放电60%的前提下，循环寿命700多次，相当于铅酸电池寿命的一倍。 2高倍率放电性能好 特殊的工艺使铅晶电池具有高倍率放电的特性，一般铅酸电池放电只有3C，铅晶电池放电最大可以达到10C。 3深度放电性能好 铅晶电池可深度放电到0V，继续充电可恢复全部额定容量，这一特性相对铅酸电池来讲是难以达到的境界。 4耐低温性能好 铅晶电池的温度适应范围比较广，从-2050都能适应，特别是在-20的情况下，放电能达到87%。对广大低温地区是不可多得的首选佳品。 5环保性好 铅晶电池所采用的新材料、新工艺和新配方，不存在酸雾等挥发的有害物质，对土地、河流等不会造成污染，更加符合环保要求。 铁镍蓄电池 也叫爱迪生电池。铅蓄电池是一种酸性蓄电池，与之不同，铁镍蓄电池的电解液是碱性的氢氧化钾溶液，是一种碱性蓄电池。其正极为氧化镍，负极为铁。电动势约为1.31.4伏。其优点是轻便、寿命长、易保养，缺点是效率不高。 镍镉蓄电池 正极为氢氧化镍，负极为镉，电解液是氢氧化钾溶液。 其优点是轻便、抗震、寿命长，常用于小型电子设备。 原电池 经一次放电（连续或间歇）到电池容量耗尽后，不能再有效地用充电方法使其恢复到放电前状态的电池。特点是携带方便、不需维护、可长期（几个月甚至几年）储存或使用。原电池主要有锌锰电池、锌汞电池、锌空气电池、固体电解质电池和锂电池等。锌锰电池又分为干电池和碱性电池两种。 电池的理论充电时间 电池的理论充电时间：电池的电量除以充电器的输出电流。例如：以一块电量为800MAH的电池为例，充电器的输出电流为500MA那么充电时间就等于800MAH/500MA=1.6小时，当充电器显示充电完成后，最好还要给电池大约半个小时左右的补电时间。 常用术语 放电 电池向外电路输送电流的过程。放电方法可分为恒流放电和恒阻放电，也可分为连续放电与间断放电。连续放电是在规定放电条件下，连续放电 至终止电压的放电方法。间断放电是电池在规定的放电条件下，放电间断进行，直到所规定的终止电压为止的放电方法。 放电容量:电池在标准规定条件下的放电电量或有效工作时间。 储存寿命:电池在规定条件下储存结束时，电池仍能保持规定的性能的储存期限。 电池极端:电池连接外电路的部件。 电动势:组成电池的两个电极的平衡电位之差。它反映电池对外作电功大小的可能性。 短路 电池正、负极直接连通。 短路电流:电池短路后一瞬间流过的电流。 放电率:放电率指放电时的速率，常用“时率”和“倍率”表示。时率是指以放电时间(h)表示的放电速率，即以一定的放电电流放完额定容量所需的小时数。例如，电池的额定容量为30 Ah，以2A电流放电，则时率为30 Ah/2 A =15 h，称电池以15小时率放电。倍率指电池在规定时间内放出其额定容量时所输出的电流值，数值上等于额定容量的倍数。例如，2倍率的放电，表示放电电流数值为电池容量的2倍。如电池容量为3 Ah，那么放电电流应为2x3二6 Ao可见，如果将2倍率放电换算成小时率，则是3 Ah/6 A = 1/2小时率。时率和倍率在数值上互为倒数。 放电深度DOD(depth of discharge):放电容量与额定容量之比的百分数。 活性物质:电池放电时，能进行氧化或还原反应而产生电能的电极材料。 充电 将外电路输人蓄电池的电能转化为化学能储存起来的操作过程。 充电率:蓄电池在规定时间内充到额定容量所需的电流值，或在一定电流下充 到额定容量所需的时间。与放电率类似，一般用倍率(若干C)或时率表示。 恒压充电:充电时，保持充电器端电压始终不变的一种充电方法。 恒流充电:充电时，充电电流保持不变的一种充电方法。 极化:极化是电池由静止状态(电流i二0)转人工作状态(i o)产生的电池电压、电极电位的变化现象。电压与电流的乘积等于功率，再乘以电池运行时间即为输出电能，所以极化现象反映了由静止状态转人工作状态的能量损失大小，因此极化损失越小越好。常见的极化现象有阳极极化、阴极极化、欧姆极化(电阻极化)、浓差极化和电化学极化等。极化现象也可以理解为对平衡现象的偏离。热力学平衡过程与可逆现象紧