La batterie au lithium-ion a une haute tension, (200Wh / kg ou plus) l'avantage d'une grande énergie spécifique et de longue durée de vie, ce sont les batteries de véhicules électriques préférés, mais avec la croissance substantielle de la demande pour la batterie de puissance, tiré aussi les matières premières en amont produits correspondants prix associés à des matériaux de batteries lithium-ion, tels que le lithium, le cobalt, le nickel, etc., en 2017 a montré une augmentation substantielle, en particulier de lithium et de cobalt deux types d'augmentation des prix des matières premières est peut être décrit comme fou. batterie la forte hausse du coût de la production et la réduction des coûts sous la double pression de la chaîne de l'industrie en aval des constructeurs automobiles, les fabricants de batteries sont considérablement réduit les marges de profit, alors que dans la concurrence féroce du marché, le manque de fabricants de batteries de puissance de prix, donc 2018 L'année sera encore une année très difficile pour la majorité des fabricants de batteries.
Améliorer les performances de la batterie, de réduire les coûts de production, est la clé de l'avenir de la recherche et le développement batterie, récemment Cui Yi et Wei Chen et al Université de Stanford ont développé conjointement un produit à base de MnO 2-H2La nouvelle pile, qui utilise une solution aqueuse d'électrolyte, la tension de fonctionnement de 1,3V, la capacité spécifique réelle jusqu'à 139Wh / kg en optimisant la cellule (capacité spécifique théorique d'environ 174Wh / kg), la durée de vie allant jusqu'à 10.000 fois , Et a l'avantage de faible coût, de sorte qu'il a de vastes perspectives d'application dans le stockage de l'énergie et la batterie d'alimentation.
Le principe de fonctionnement positif de la batterie Mn-H est soluble Mn 2+Avec MnO solide 2Entre les changements, le négatif est adopté H +Et H 2Entre les changements, l'électrolyte est une concentration élevée de MnSO 4Différents des électrodes à l'état solide traditionnelles, les produits de réaction d'électrode positive et négative sont tous solubles (comme indiqué dans la formule suivante).
structure cellulaire Mn-H indiqué ci-dessous, en utilisant la structure à petits trous de la nappe de fibres de carbone de cathode, un séparateur à membrane de fibres de verre, l'électrode négative est un mat de fibres de carbone supportée du catalyseur composite Pt / C, une forte concentration de la solution électrolytique MnSO 4Solution, lors de la charge Mn 2+Il va migrer à la surface de la fibre de carbone positive, et une réaction d'oxydation va générer une couche de MnO sur la surface de la fibre de carbone. 2, H+Une réaction de réduction se produit sur la surface négative pour générer H 2Le processus de décharge est juste le contraire, MnO 2Lorsque les électrons sont obtenus, une réaction de réduction se produit pour générer Mn soluble 2+, retour à la solution pour générer MnSO 4, H2Une réaction d'oxydation se produit à l'électrode négative pour générer H+.
Wei Chen a utilisé la structure de batterie ci-dessus pour fabriquer une batterie (représentée dans la figure ci-dessous) et a testé les performances électrochimiques du système afin de réduire la solution aqueuse à haute tension. 2Dans la question de la précipitation d'électrode positive, Wei Chen a établi la tension de charge à 1,6 V, et Wei Chen a adopté 1 M de MnSO. 4Comme l'électrolyte, le premier rendement de la batterie est de 61 %.Après plus de 10 cycles, le rendement de Coulomb est d'environ 91 %.Parce que le catalyseur électrode Pt est plus actif dans l'environnement acide, Wei Chen a ajouté la solution. 0,05 M H 2SO 4La performance de la batterie Mn-H est grandement améliorée, le courant de charge est augmenté trois fois (charge de tension constante 1.6V), et il faut seulement 85s pour compléter la charge.La plate-forme de tension de décharge a également une augmentation significative (environ 50mV) Élevé à 70%, et dans les quelques cycles suivants, l'efficacité de Coulomb a atteint environ 100%.
Pour une batterie de puissance, la performance de débit est un indicateur très critique.La figure b ci-dessous montre la batterie Mn-H dans le même système de charge (tension constante de 1,6V de charge à 1mAh / cm 2) Après la charge, la courbe de décharge à différentes densités de courant montre une densité de courant de décharge de 10 mA / cm 2, augmentez à 50 et 100mA / cm 2Après cela, la capacité de décharge de la batterie n'a pratiquement pas diminué, ce qui est cohérent avec les résultats des différents cycles de débit de la figure c suivante, indiquant que la batterie Mn-H a une très bonne performance. Dans le cas du cycle, il n'y a pas de baisse de la capacité de 10 000 cycles.
Bien que la batterie Mn-H présente d'excellentes performances et performances de cycle, l'efficacité d'utilisation de l'électrolyte par l'électrode en fibre de carbone est très faible, seulement environ 36%, la densité d'énergie globale de la batterie est seulement de 19,6Wh / kg. Pour résoudre ce problème, Wei Chen utilise un film de carbone nanostructuré comme une électrode, rendant 4M MnSO 4Utiliser l'efficacité de la solution électrolytique est augmentée de 74,3%, de sorte que la densité d'énergie de la batterie a augmenté à 139Wh / kg, le rapport en volume de atteint énergie 210.6Wh / L. Wei Chen tout aussi observée dans la solution électrolytique pour améliorer encore H 2SO 4La concentration peut également augmenter efficacement les performances de la batterie, réduire le temps de charge et augmenter le niveau de tension de décharge, mais elle est trop élevée. 2SO 4La concentration peut causer des problèmes de corrosion, qui doivent être résolus davantage du point de vue de la structure de la batterie.
Un problème batterie Mn-H est toujours confronté - Comment résoudre ce applications de laboratoire problème principal objectif est d'augmenter la capacité de la batterie Mn-H, une mesure est d'augmenter l'épaisseur et la surface de la fibre de carbone positif ressenti par cette mesure peut considérablement améliorer le chargement de l'électrode positive, mais cela conduit à une capacité de la batterie Mn-H diminuer vers le bas pour accélérer la vitesse, par exemple, par un épaississement de l'épaisseur du mat de fibres de carbone de l'électrode positive 2 fois, bien que la capacité de la batterie est augmenté à deux fois, mais après 600 cycles, la capacité de tomber sur la diminution de 96,5% de la capacité initiale. une autre mesure de la conception asymétrique positif et négatif, du point principe de vue batterie Mn-H, la structure d'électrode négative est principalement responsable de l'effet catalytique, Ne nécessite pas de stockage H 2Par conséquent Wei Chen comme batterie Mn-H conçue structure cylindrique, en augmentant la surface de l'électrode positive, l'électrode négative pour réduire la surface de la forme de réalisation (ci-dessous), améliore de manière significative la densité de puissance et d'énergie de la batterie Mn-H, mais peut aussi significativement la réduction de la quantité de catalyseur Pt / C, réduire le coût de la batterie Mn-H. Bien que cette conception permettra de réduire dans une certaine mesure la capacité de débit de la batterie (zone de réaction de réduction de l'électrode négative), mais cette bonne performance du cycle Meiyouzuai de la batterie Comme le montre la figure suivante e, après 1400 cycles, le taux de rétention de capacité peut encore atteindre 94,2%, satisfaisant pleinement la demande de batteries de puissance.
La batterie Mn-H développée par Cui Wei et Wei Chen, etc. est essentiellement une batterie hybride constituée d'une batterie positive de cellules de stockage d'énergie chimique et d'une électrode négative d'une pile à combustible, puisque H ne peut pas être calculé. 2La qualité de l'électrode négative réduit le poids de la batterie, en utilisant Mn 2+/ Mn 4+Les deux réactions électroniques, MnO 2Pour augmenter la capacité théorique 616mAh / g, donc bien que la tension de la batterie est seulement Internet 1.3V, mais toujours obtenir une énergie spécifique plus élevée de la batterie, mais maintenant il y a des problèmes, d'abord de tout le carbone positif et négatif feutre utilisé en poids large, faible mouillabilité, de réduire l'énergie spécifique de la batterie doit être dans le matériau nano-carbone composé d'un film mince d'électrode, faisant monter le coût de la batterie, et en outre depuis l'anode de la pile produit de l'hydrogène gazeux lorsque la charge est requise par l'air (par exemple, Ar , N 2Gaz, etc.) produira H 2Avec la batterie, le processus de décharge nécessite également une alimentation en continu de la pile H 2, cela nécessite un stockage supplémentaire en dehors de la batterie Ar (N 2) et H 2Cela signifie, entraînant une réduction de l'énergie spécifique du système de batterie. Il y a aussi un problème implicite dans H 2Il y a une petite quantité de CO, CO dans 2(C'est le système industriel actuel H 2impuretés communes), peuvent conduire à un empoisonnement du catalyseur négatif, affectant la vie du cycle de la batterie, doivent être abordées ces questions dans l'optimisation ultérieure de la batterie. Mais dans l'ensemble c'est une idée très créative, en optimisant le bien il peut effectivement réduire le coût de la batterie, pour la promotion du stockage de l'énergie à grande échelle et les véhicules électriques ont une signification très importante.
