بطارية ليثيوم أيون لديها الجهد العالي، (200Wh / كغ أو أكثر) الاستفادة من الطاقة النوعية العالية والعمر الطويل، هي بطاريات المفضلة السيارة الكهربائية، ولكن مع النمو الكبير في الطلب على طاقة البطارية، وانسحبت أيضا المواد الخام المنبع المنتجات ذات الصلة وقد أظهرت أسعار المواد المرتبطة بطارية ليثيوم أيون، مثل الليثيوم والكوبالت والنيكل وغيرها في عام 2017 ارتفاعا كبيرا، وخاصة الليثيوم والكوبالت ويمكن وصف نوعين من زيادة أسعار المواد الخام ومجنون. في البطارية الارتفاع الحاد في تكاليف الإنتاج وخفض التكاليف في ظل الضغوط المزدوجة من سلسلة صناعة التحويلية من الشركات المصنعة للسيارات، وتقلص الشركات المصنعة للبطارية بشكل كبير هوامش الربح، في حين أن المنافسة الشديدة في السوق، وعدم والشركات المصنعة للبطارية قوة التسعير، وبالتالي 2018 سيظل العام عاما صعبا للغاية بالنسبة لغالبية الشركات المصنعة لبطاريات الطاقة.
تحسين أداء البطارية، وخفض تكاليف الإنتاج، هو المفتاح لمستقبل البحث والتطوير البطارية، مؤخرا تسوى يي وتشن وآخرون جامعة وي آل ستانفورد وضعت بالاشتراك مع المنتج على أساس MNO 2-H2البطارية الجديدة، والذي يستخدم محلول مائي كما المنحل بالكهرباء، والجهد التشغيل من 1.3V، والقدرة محددة الفعلية تصل إلى 139Wh / كغ عن طريق الاستفادة المثلى الخلية (سعة محددة النظرية حول 174Wh / كلغ)، ودورة الحياة لمدة تصل إلى 10،000 مرة ، ولديه ميزة منخفضة التكلفة ، لذلك لديه آفاق تطبيق واسع في تخزين الطاقة وبطارية الطاقة.
مبدأ العمل الإيجابي للبطارية Mn-H قابل للذوبان Mn 2+مع MnO صلبة 2الفرق بين السلبي والسالب هو تبني H +و ح 2بين التغييرات ، هو المنحل بالكهرباء تركيز عال من MnSO 4تختلف منتجات تفاعل القطب الكهربائي الموجبة والسالبة عن الأقطاب الكهربائية الصلبة التقليدية (كما هو موضح في الصيغة التالية).
مليون-H بنية الخلية هو مبين أدناه، وذلك باستخدام هيكل ثقب صغير من حصيرة من ألياف الكربون القطب السالب، والألياف الزجاجية الغشاء الفاصل، القطب السالب هو حصيرة من ألياف الكربون بدعم حزب العمال / C محفز مركب، تركيز عال من الحل الكهربائي MnSO 4الحل ، عند شحن Mn 2+وسوف تهاجر إلى سطح ألياف الكربون الإيجابية ، وسوف يولد تفاعل أكسدة طبقة من MnO على سطح ألياف الكربون. 2, H+يحدث تفاعل تخفيض على السطح السلبي لتوليد H 2عملية التفريغ هي عكس ذلك ، MnO 2عندما يتم الحصول على الإلكترونات ، يحدث تفاعل تخفيض لتوليد Mn قابل للذوبان 2+، والعودة إلى الحل لتوليد MnSO 4, H2يحدث تفاعل أكسدة عند القطب السالب لتوليد H+.
استخدم Wei Chen هيكل البطارية أعلاه لصنع بطارية (كما هو موضح في الشكل أدناه) ، واختبار الأداء الكهروكيميائي للنظام من أجل تقليل المحلول المائي عند الجهد العالي. 2في مسألة هطول المطر الكهربائي الإيجابي ، وضع وي تشان جهد الشحن عند 1.6V ، واعتمد Wei Chen 1M من MnSO. 4كالكهرباء ، فإن الكفاءة الأولى للبطارية هي 61٪ ، وبعد أكثر من 10 دورات ، تكون كفاءة Coulomb حوالي 91٪ ، وبما أن المحفز Pt للسالب يكون أكثر نشاطاً في البيئة الحمضية ، أضاف Wei Chen الحل. 0.05 مليون 2SO 4تم تحسين أداء بطارية Mn-H إلى حد كبير ، وزاد تيار الشحن ثلاث مرات (1.6V الجهد الثابت الشحن) ، ويستغرق فقط 85S لاستكمال الشحن.كما أن منصة الجهد التفريغ لديها زيادة كبيرة (حوالي 50mV) ، وكفاءة الأولى هي أيضا ارتفعت إلى 70 ٪ ، وخلال الدورات القليلة المقبلة ، بلغت كفاءة كولوم 100 ٪.
بالنسبة لبطارية الطاقة ، يعتبر أداء المعدل مؤشراً هاماً للغاية ، ويوضح الشكل التالي بطارية Mn-H في نفس نظام الشحن (شحنة جهد ثابتة 1.6V إلى 1mAh / cm 2) بعد الشحن ، يوضح منحنى التفريغ عند كثافات التيار المختلفة كثافة تيار التفريغ من 10 مللي أمبير / سم 2، وزيادة إلى 50 و 100 mA / سم 2بعد ذلك ، لا تتراجع قدرة تفريغ البطارية تقريبًا ، وهو ما يتوافق مع نتائج دورات المعدل المختلفة في الشكل التالي c ، مشيرًا إلى أن بطارية Mn-H تتميز بأداء ممتاز جدًا ، والأهم من ذلك ، أن بطارية Mn-H مشحونة بسرعة في حالة الدورة ، لا يوجد انخفاض في قدرة 10،000 دورة.
على الرغم من أن بطارية Mn-H تتميز بأداء ومعدل أداء ممتاز ، فإن كفاءة استخدام المنحل بالكهرباء عن طريق القطب الكهربائي من ألياف الكربون منخفضة للغاية ، فقط حوالي 36٪ ، وبالتالي فإن كثافة الطاقة الكلية للبطارية تبلغ 19.6Wh / kg فقط. لحل هذه المشكلة ، يستخدم Wei Chen فيلمًا كربونيًا نانويًا كقطب كهربائي ، مما يجعل 4M MnSO 4استخدام كفاءة الحل كهربائيا وارتفع إلى 74.3٪، بحيث زادت كثافة الطاقة من البطارية إلى 139Wh / كغ، ونسبة حجم الطاقة تصل 210.6Wh / L. وي تشن في حين لوحظ أيضا في حل كهربائيا لزيادة تعزيز H 2SO 4كما يمكن للتركيز زيادة أداء البطارية بشكل فعال ، وتقليل وقت الشحن ، وزيادة مستوى جهد التفريغ ، ولكنه مرتفع للغاية. 2SO 4قد يسبب التركيز مشاكل التآكل ، والتي تحتاج إلى مزيد من الحل من منظور تصميم هيكل البطارية.
مشكلة واحدة المنغنيز-H البطارية لا يزال يواجه - كيفية حل هذه المشكلة من التطبيقات المختبرية الهدف الأساسي هو زيادة سعة البطارية المنغنيز-H، وهو مقياس هو زيادة سمك ومنطقة من ألياف الكربون الإيجابي الذي يشعر به هذا الإجراء يمكن أن تحسن بشكل كبير من التحميل من القطب الموجب، ولكن هذا يؤدي إلى قدرة البطارية المنغنيز-H الانخفاض وصولا الى تسريع سرعة، على سبيل المثال، من خلال سماكة سمك حصيرة من ألياف الكربون من القطب الموجب 2 مرات، على الرغم من زيادة سعة البطارية لمرتين، ولكن بعد 600 دورات، انخفضت قدرة على تراجع 96.5٪ من الطاقة الأولية. مقياسا آخر للتصميم الإيجابية والسلبية غير المتكافئة، من وجهة المبدأ نظر بطارية المنغنيز-H، وهيكل القطب السالب هي المسؤولة أساسا عن تأثير تحفيزي، لا يتطلب تخزين H 2لذلك وى تشن مثل بطارية المنغنيز-H تصميم هيكل اسطواني، من خلال زيادة مساحة القطب الموجب، القطب السالب للحد من مجال تجسيد (كما هو موضح أدناه)، ويحسن إلى حد كبير من كثافة القدرة والطاقة من بطارية المنغنيز-H، ولكن يمكن أيضا بشكل كبير تقليل كمية من حزب العمال / C محفز، وخفض تكلفة البطارية المنغنيز-H. وعلى الرغم من هذا التصميم سوف يقلل إلى حد ما من معدل القدرة للبطارية (منطقة تفاعل اختزال القطب السالب)، ولكن هذا Meiyouzuai أداء دورة جيدة للبطارية وكما يتبين من الشكل التالي ه ، بعد 1400 دورة ، يمكن أن يصل معدل الاحتفاظ بالسعة إلى 94.2٪ ، مما يفي بشكل كامل بالطلب على بطاريات الطاقة.
يي كوي وضعتها وي تشن وآخرون، المنغنيز-H البطارية هو في الواقع القطب السالب بطارية هجينة تتألف من القطب الموجب وخلية تخزين الطاقة الكيميائية التي تعمل بخلايا الوقود من جوهر العلوي، حيث لم يتم احتسابها H 2نوعية القطب السالب يقلل من وزن البطارية ويستخدم Mn 2+/ المنغنيز 4+ردود الفعل الالكترونين ، سوف MnO 2لزيادة قدرة النظرية 616mAh / ز، وذلك على الرغم من أن التيار الكهربائي للبطارية فقط عن الإنترنت 1.3V، ولكن لا يزال الحصول على الطاقة أعلى محددة من البطارية، ولكن الآن هناك بعض المشاكل، أولا وقبل كل الكربون الإيجابية والسلبية شعر يستخدمه الوزن كبير، وسوء بلل، والحد من الطاقة المحددة للبطارية يكون في المواد متناهية الصغر من الكربون يتكون من طبقة رقيقة باعتبارها القطب، مما أدى إلى ارتفاع تكلفة البطارية، وزيادة منذ الأنود بطارية تنتج غاز الهيدروجين عند فرض رسوم مطلوب من قبل الهواء (على سبيل المثال، AR ، ن 2الغاز ، وما إلى ذلك) سوف تنتج H 2إخراج البطارية ، تحتاج أيضا إلى مواصلة تزويد البطارية أثناء تفريغ H 2، وهذا يتطلب تخزين إضافي خارج البطارية Ar (N 2) و H 2يتسبب الجهاز في انخفاض الطاقة المحددة لنظام البطارية ، كما أن هناك مشكلة ضمنية في H. 2هناك كمية صغيرة من CO، CO in 2(هذا هو النظام الصناعي الحالي H 2الشوائب المشتركة)، قد يؤدي إلى التسمم حافزا سلبيا، مما يؤثر على دورة حياة البطارية، وهذه القضايا تحتاج إلى معالجة في التحسين اللاحق للبطارية، ولكن عموما هذا هو فكرة خلاقة جدا، عن طريق تحسين جيدة ويمكن أن تقلل بشكل فعال من حيث التكلفة للبطارية، لتعزيز تخزين الطاقة على نطاق واسع، والسيارات الكهربائية لديها أهمية كبيرة جدا.
