Die Lithium-Ionen-Akku hat eine hohe Spannung, (200Wh / kg oder mehr) den Vorteil der hohen spezifischen Energie und lange Lebensdauer, ist die bevorzugte Batterien für Elektrofahrzeuge, aber mit dem erheblichen Anstieg der Nachfrage nach Hochleistungsakku, zog auch die vorgelagerten Rohstoffe verwandte Produkte oben Preis mit Lithium-Ionen-Batteriematerialien, wie Lithium, Kobalt, Nickel, usw. im Jahr 2017 hat einen erheblichen Anstieg, insbesondere Lithium und Kobalt zwei Arten von Rohstoffpreiserhöhung gezeigt werden, können als verrückt beschrieben. Batterie der starke Anstieg in den Produktionskosten und Kostensenkung unter dem doppelten Druck der nachgelagerten Industrie-Kette von Fahrzeugherstellern, Batteriehersteller der Gewinnmargen deutlich drücken, während in dem harten Wettbewerb auf dem Markt, der Mangel an Preismacht Batterie-Hersteller, also 2018 Das Jahr wird für die meisten Hersteller von Leistungsbatterien immer noch ein sehr schwieriges Jahr.
Batterieleistung zu verbessern, Produktionskosten senken, sind der Schlüssel für die Zukunft der Batterie Forschung und Entwicklung, vor kurzem Cui Yi und Wei Chen et al Stanford University entwickelten gemeinsam ein Produkt auf Basis von MnO 2-H2Die neue Batterie, welche eine wässrige Lösung als Elektrolyt verwendet, Betriebsspannung von 1,3 V, die tatsächliche spezifische Kapazität von bis zu 139Wh / kg durch die Zelle (theoretische spezifische Kapazität von etwa 174Wh / kg) zu optimieren, die Lebensdauer von bis zu 10.000 Mal Und hat den Vorteil niedriger Kosten, so hat es breite Einsatzmöglichkeiten in Energiespeicher und Power-Batterie.
Das positive Arbeitsprinzip der Mn-H-Batterie ist lösliches Mn 2+Mit festem MnO 2Der Unterschied zwischen dem Negativen und dem Negativen ist die Annahme von H +Und H 2Zwischen den Veränderungen liegt im Elektrolyten eine hohe Konzentration von MnSO vor 4Anders als bei den herkömmlichen Festkörperelektroden sind die Reaktionsprodukte der positiven und der negativen Elektrode alle löslich (wie in der folgenden Formel gezeigt).
Mn-H Zellstruktur unten gezeigt, Kleinlochstruktur der Kathodenkohlenstofffasermatte unter Verwendung ein Glasfasermembran-Separator, die negative Elektrode eine Kohlenstofffasermatte geträgerten Pt / C-Verbundkatalysator, eine hohe Konzentration der Elektrolytlösung MnSO 4Lösung, wenn Mn geladen wird 2+Es wird auf die Oberfläche der positiven Kohlenstofffaser wandern, und eine Oxidationsreaktion wird eine Schicht aus MnO auf der Oberfläche der Kohlenstofffaser erzeugen. 2, H+Eine Reduktionsreaktion tritt auf der negativen Oberfläche auf, um H zu erzeugen 2Der Entladungsprozess ist genau das Gegenteil, MnO 2Wenn Elektronen erhalten werden, tritt eine Reduktionsreaktion auf, um lösliches Mn zu erzeugen 2+, zur Lösung zurückkehren, um MnSO zu erzeugen 4, H2Eine Oxidationsreaktion tritt an der negativen Elektrode auf, um H zu erzeugen+.
Wei Chen verwendete die obige Batteriestruktur, um eine Batterie herzustellen (in der folgenden Abbildung gezeigt) und testete die elektrochemische Leistung des Systems, um die wässrige Lösung bei hoher Spannung zu reduzieren. 2In der Frage der Ausfällung der positiven Elektrode legte Wei Chen die Ladespannung auf 1,6 V fest und Wei Chen nahm 1 M MnSO an. 4Als Elektrolytlösung, wenn die erste Batterieeffizienz von 61%, nach mehr als zehn Mal bis der Zyklus Coulomb-Wirkungsgrad auf 91%. Durch die negative Elektrode aktiven Pt-Katalysators in einer sauren Umgebung stärker ist, so wurde die Lösung gegeben Wei Chen in 0,05 M H 2SO 4Stark die Leistung der Mn-H Batterie verbessern, wird der Ladestrom boost Tripel (1,6V Konstantspannungsladung), kann nur 85S, Entlade- Prozess (etwa 50 mV) und die erste Effizienz durchgeführt wird deutlich verbessert wurde auch Auf 70% erhöht, und in den nächsten Zyklen erreichte die Coulomb-Effizienz etwa 100%.
Für eine Batterie, ist die Rate, kritische Leistung Indikatoren, Panel B eine niedrigere Mn-H Batterieladung in dem gleichen Ladesystem (konstante Spannung auf 1,6 V 1mAh / cm ist, 2) Nach dem Laden zeigt die Entladungskurve bei unterschiedlichen Stromdichten eine Entladungsstromdichte von 10 mA / cm 2, auf 50 und 100 mA / cm erhöhen 2Nachdem die Entladungskapazität der Batterie ist so gut wie keine Abnahme nach unten, mit dem Ergebnis, dass unterschiedliche Vergrößerungen Abbildung C Zyklen zusammenfallen, Mn-H zeigt Zelle, die eine sehr gute Rate Eigenschaften hat. Noch wichtiger ist, Mn-H Batterieschnelladung Im Fall des Zyklus gibt es keine Abnahme der Kapazität von 10.000 Zyklen.
Obwohl Mn-H-Batterien mit einer ausgezeichneten Rate Eigenschaften und Zykluseigenschaften, aber da die Kohlenstoffaser Elektrodennutzungseffizienz des Elektrolyten sehr gering ist, nur etwa 36%, wodurch sich die Gesamtbatterieenergiedichte von nur 19.6Wh / kg. Für Um dieses Problem zu lösen, verwendet Wei Chen einen nanostrukturierten Kohlenstofffilm als Elektrode, um 4 M MnSO zu erzeugen 4Nutzungseffizienz der Elektrolytlösung auf 74,3% erhöht wird, so dass die Energiedichte der Batterie zu 139Wh / kg erhöht wird, erreicht das Volumenverhältnis von Energie 210.6Wh / L. Wei Chen, während auch in der Elektrolytlösung beobachtete weiter zu verbessern H 2SO 4Die Konzentration kann auch die Batterieleistungsrate effektiv erhöhen, die Ladezeit verringern und das Entladungsspannungsniveau erhöhen, aber es ist zu hoch. 2SO 4Die Konzentration kann zu Korrosionsproblemen führen, die aus der Sicht des Batteriestrukturdesigns weiter gelöst werden müssen.
Ein Problem, Mn-H Batterie noch konfrontiert ist - Wie dieses Problem Laboranwendungen von Primärziel zu lösen sind, die Mn-H Batteriekapazität zu erhöhen, eine Maßnahme ist, die Dicke und die Fläche der positiven Kohlenstofffaser zu erhöhen Filz durch durch diese Maßnahme kann erheblich die Belastung der positiven Elektrode verbessern, aber dies führt zu Mn-H Batteriekapazität sinkt nach unten, die Geschwindigkeit zu beschleunigen, beispielsweise durch die Dicke der Carbonfasermatte von der positiven Elektrode 2 mal Verdickung, obwohl die Batteriekapazität auf dem doppelte erhöht wird, aber nach 600 Zyklen ist die Kapazität sank auf dem Rückgang von 96,5% der Anfangskapazität. Ein anderes Maß von asymmetrischem positivem und negativen Design, von der Prinzip Sicht Mn-H-Batterie, die negative Elektrodenstruktur in erster Linie verantwortlich für die katalytische Wirkung, Erfordert keine Lagerung H 2Daher Wei Chen, wie Mn-H Batterie zylindrische Struktur entworfen, indem die Fläche der positiven Elektrode zu erhöhen, die negative Elektrode des Bereich der Ausführungsform (siehe unten) zu reduzieren, deutlich die Kapazität und die Energiedichte von Mn-H Batterie verbessert, kann aber auch wesentlich die Menge an Pt / C-Katalysator zu reduzieren, die Kosten für die Mn-H Batterie verringern. Obwohl diese Konstruktion zu einem gewissen Grad die Ratenkapazität der Batterie (negative Elektrode Reduktionsreaktionsbereich) reduzieren, aber dies Meiyouzuai gute Zyklusleistung der Batterie aus Fig. e, für die Batterie nach dem Zyklus 1400 mal gesehen werden kann, kann die Kapazitätsretentionsrate erreicht noch 94,2%, kann die Bedürfnisse des Power-Akkus vollständig erfüllen.
Yi Cui und entwickelte von Wei Chen et al., Mn-H-Batterie ist tatsächlich eine Hybridbatterie negative Elektrode, bestehend aus einer positiven Elektrode und eine Brennstoffzelle chemischen Energiespeicherzelle von dem obersten Wesen, da nicht berechnet H 2Die Qualität der negativen Elektrode verringert das Gewicht der Batterie und verwendet Mn 2+/ Mn 4+Die beiden Elektronenreaktionen werden MnO 2Zur Erhöhung der theoretischen Kapazität 616mAh / g, so dass, obwohl die Spannung der Batterie nur etwa 1,3 V Internet, aber immer noch eine höhere spezifische Energie der Batterie erhalten, aber jetzt gibt es einige Probleme, allen positiven und negativen Kohlenstoff-Filz Gewichts groß ist, schlechte Benetzbarkeit, die spezifische Energie der Batterie reduzieren setzt mich aus einem dünnen Film als Elektrode, bestehend im Nanokohlenstoffmaterial sein, um die Kosten der Batterie hochdrückt, und da ferner das Batterieanodenwasserstoffgas erzeugt, wenn sie durch eine Luft erforderlich Aufladung (z.B. Ar , N 2Gas usw.) erzeugt H 2Mit der Batterie erfordert der Entladevorgang auch eine kontinuierliche Versorgung der Batterie H 2, dies erfordert einen zusätzlichen Speicher außerhalb der Batterie Ar (N 2) und H 2Es bedeutet, was zu einer Verringerung der spezifischen Energie des Batteriesystems. Es ist auch ein Problem in impliziter H 2Es gibt eine kleine Menge CO, CO in 2(Dies ist das derzeitige industrielle System H 2Übliche Verunreinigungen) zu einer negativen Katalysatorvergiftung führen können, Batterie-Lebensdauer zu beeinflussen, müssen diese Fragen in der anschließenden Optimierung der Batterie angegangen werden. Aber alles in allem ist dies eine sehr kreative Idee, durch die gute Optimierung es kann effektiv die Kosten der Batterie, für die Förderung von großen Energiespeicher und Elektrofahrzeuge haben eine sehr wichtige Bedeutung reduzieren.
