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标型离子
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钠离子电池的工作原理与锂离子相似

浏览数:59     发布时间:2018-09-05
 

  钠离子电池和锂离子电池的反映机理附近,正极材料除了磷酸盐或氟化磷酸盐以外,还能够用镍锰层状过渡金属氧化物。钠离子标液配制在负极材料方面可选择碳类、合金和化合物。在三大类负极材猜中,我们仍是选择最廉价的碳材料。我们对于负极碳材料又进行了软碳、硬碳和石墨烯三个分类的研究。

  负极方面,因为软碳材料处置的方式比力多,我们测验考试了用磷掺杂软碳。掺杂磷后放电容量能够提高30%以上,轮回特征好。为什么掺磷后材料机能提高呢?这是因为掺磷后能够添加钠吸附的活性点。在保守的嵌入反映之外,还多了一些钠离子吸附的活性点位。别的,钠离子标液配制在硬碳方面,我们选用了椰壳、杏壳等生物质材料,通过处置,最终获得硬碳材料。通过拉曼阐发能够发觉,这些材料是短层有序、长层无序的布局,微晶的层间距较大,适合钠离子嵌入。

  虽钠离子电池能量密度不及锂离子电池,但就目前碳酸锂价钱高涨的形势来看,钠离子电池仍然具有十分普遍的使用前景:对于能量密度要求不高的范畴,在电网储能、调峰,风力发电储能等方面使用前景广漠。将来钠离子电池将逐渐代替铅酸电池,在各类低速电动车中获得普遍使用,与锂离子电池构成互补。

  对于钠离子电池我们关心的核心,一个是成本要低,正极材料要去锂脱钴,不消锂离子,也不消成本较高的钴原料;第二是在电动车和储能方面都要求电池寿命要长;第三是平安性要好;最初是能量密度要比力合适。

  (2)因为钠盐特征,答应利用低浓度电解液(同样浓度电解液,钠盐电导率高于锂电解液20%摆布)降低成本;

  钠离子电池的概念起步于上个世纪80年代与锂离子电池几乎同时起步。钠离子电池的工作道理与锂离子类似,充电时,Na+从正极材猜中脱出,颠末电解液嵌入负极材料,同时电子通过外电路转移到负极,连结电荷均衡;放电时则相反。

  通过轮回尝试能够看到,颠末200次轮回,容量根基没有衰降,轮回不变性很好。由此可见,这些生物质材料是很好的廉价的钠离子电池负极材料。再有,对于石墨烯负极我们也做了研究。石墨烯材料最大的问题是密度比力低,未来能不克不及做成高体积比能量的电池仍是问题。所以能够考虑将石墨烯和其他负极材料如硬碳、软碳,以及化合物类或合金类材料进行复合。

  我们比来的一些研究功效,此中一个是采用层状布局Na0.67Ni0.33-xMxMn0.67O2作正极材料。颠末尝试研究和比力,钠离子标液配制在制备正极原材料的利用上,我们认为利用醋酸盐或草酸盐更好。按照文献报道,正极材料若是只用镍锰氧化物,它的轮回机能和充电到高电位时的不变性较差。所以有文献报道能够用镁掺杂,替代镍位,如许的话等候它的容量能够更高,这种方式对于获得高能量密度的钠离子电池是很有协助的。除了镁以外,其他掺杂的元素可不克不及够呢?我们选择与替代元素离子半径附近的元素做掺杂,好比替代镍位,我们选了锆(Zr)离子和铜(Cu)离子进行掺杂。材料掺杂后与掺杂前电化学机能和轮回机能都有提高,Zr掺杂和Cu掺杂比拟,Cu掺杂的轮回不变性更好。

  (3)钠离子不与铝构成合金,负极可采用铝箔作为集流体,能够进一步降低成本8%摆布,降低分量10%摆布;

  我们做了1.5Ah和0.5Ah两种软包全电池,正极材料采用前面提到的镍锰氧化物,负极采用生物质的硬碳材料,经300次轮回后容量衰降为15%。由此可见,钠离子电池用廉价材料是能够制备的,



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