La batteria agli ioni di litio ha una tensione elevata, (200Wh / kg o più) il vantaggio di elevata energia specifica e lunga durata, è le batterie del veicolo elettrico preferite, ma con la crescita sostanziale della domanda per la batteria di alimentazione, anche tirato sui materiali a monte prime prodotti correlati prezzo associato con materiali batteria agli ioni di litio, quali litio, cobalto, nichel, ecc nel 2017 ha mostrato un notevole aumento, specialmente litio e cobalto due tipi di aumento del prezzo delle materie prime è può essere descritto come folle. batteria il forte aumento del costo di produzione e riduzione dei costi sotto la duplice pressione della filiera a valle dai fornitori del veicolo, produttori di batterie sono spremuto sensibilmente i margini di profitto, mentre nel feroce concorrenza di mercato, la mancanza di produttori di batterie alimentazione di valutazione, quindi 2018 nella maggior parte dei produttori di batterie continuerà ad essere un anno molto difficile.
Migliora le prestazioni della batteria, ridurre i costi di produzione, è la chiave per il futuro della ricerca e dello sviluppo delle batterie, di recente Cui Yi e Wei Chen et al Stanford University hanno sviluppato congiuntamente un prodotto a base di MnO 2-H2La nuova batteria, che utilizza una soluzione acquosa come elettrolita, tensione di funzionamento di 1.3V, la capacità specifica reale fino di 139Wh / kg ottimizzando la cella (capacità specifica teorico di circa 174Wh / kg), il ciclo di vita fino a 10.000 volte e presenta i vantaggi di basso costo, quindi ha ampie prospettive di applicazione in batterie elettriche accumulo di energia e.
Il principio di funzionamento positivo della batteria Mn-H è solubile in Mn 2+Con solido MnO 2Tra i cambiamenti, il negativo è adottato H +E H 2Transizione tra la soluzione elettrolitica è un'alta concentrazione di MnSO 4, Con la convenzionale elettrodo a stato solido, tranne che gli elettrodi positivi e negativi sono il prodotto di reazione di un solubile (mostrato nella seguente formula).
struttura cellulare Mn-H mostrato sotto, utilizzando piccola struttura foro del feltro di fibra di carbonio catodo, un separatore membrana a fibre di vetro, l'elettrodo negativo è un feltro di fibra di carbonio supportato Pt / C catalizzatore composito, una elevata concentrazione della soluzione elettrolitica MnSO 4Soluzione, quando si carica Mn 2+Migrerà verso la superficie dell'elettrodo positivo di fibre di carbonio, la reazione di ossidazione superficiale viene generata nello strato di fibra di carbonio MnO 2, H+Una reazione di riduzione si verifica sulla superficie negativa per generare H 2Il processo di scarica è esattamente l'opposto, MnO 2Quando si ottengono gli elettroni, si verifica una reazione di riduzione per generare Mn solubile 2+, torna alla soluzione per generare MnSO 4, H2Una reazione di ossidazione si verifica all'elettrodo negativo per generare H+.
Wei Chen ha utilizzato la struttura della batteria sopra descritta per creare una batteria (mostrata nella figura sotto) e ha testato le prestazioni elettrochimiche del sistema al fine di ridurre la soluzione acquosa ad alta tensione. 2Nella questione della precipitazione dell'elettrodo positivo, Wei Chen ha impostato la tensione di carica a 1,6 V, e Wei Chen ha adottato 1 M di MnSO. 4Quando la soluzione elettrolitica, quando la prima efficienza della batteria di 61%, dopo più di dieci volte l'efficienza del ciclo coulombiane fino al 91%. A causa l'elettrodo negativo catalizzatore Pt attivo in ambiente acido è più forte, quindi è stata aggiunta la soluzione Wei Chen 0,05 M H 2SO 4, Di migliorare notevolmente le prestazioni della batteria Mn-H, l'impulso corrente di carica tripla (1.6V tensione di ricarica costante), può essere completata solo 85s carica, processo di scarica è stata notevolmente migliorata (circa 50mV), e il primo efficienza Sollevato al 70% e nei successivi diversi cicli, l'efficienza di Coulomb ha raggiunto circa il 100%.
Per una batteria, la prestazione tariffa è indicatori critici, pannello b è inferiore Mn-H carica batteria nello stesso sistema di carica (tensione costante 1.6V 1mAh / cm 2Dopo il caricamento, la curva di scarica a diverse densità di corrente mostra una densità di corrente di scarica da 10 mA / cm 2, aumentare a 50 e 100 mA / cm 2Dopo che la capacità di scarica della batteria è quasi alcun calo giù, con il risultato che diversi ingrandimenti Figura cicli c coincidere, Mn-H mostra cella ha una molto eccellenti proprietà di tasso. Ancora più importante, Mn-H batteria carica veloce Nel caso del ciclo, non c'è diminuzione della capacità di 10.000 cicli.
Sebbene le batterie Mn-H avente caratteristiche tasso eccellenti e caratteristiche del ciclo, ma poiché l'efficienza di utilizzo elettrodo carbonio dell'elettrolito è molto basso, solo circa il 36%, con conseguente densità di energia della batteria totale di soltanto 19.6Wh / kg. Per Per risolvere questo problema, Wei Chen utilizza una pellicola di carbonio nanostrutturata come elettrodo, producendo 4M MnSO 4Utilizzare efficienza della soluzione elettrolitica è aumentato al 74,3%, in modo che la densità di energia della batteria aumentata a 139Wh / kg, il rapporto in volume di energia raggiunge 210.6Wh / L. Wei Chen mentre anche osservato nella soluzione elettrolitica per migliorare ulteriormente H 2SO 4Concentrazione, ma anche può migliorare efficacemente capacità di rapporto della batteria, riducendo il tempo di carica, per migliorare il processo di scarica, ma l'alto H 2SO 4Concentrazione può portare a problemi di corrosione, che devono essere ulteriormente risolto dal punto di vista della progettazione strutturale della batteria.
Un problema della batteria Mn-H sta ancora affrontando -? Come risolvere questo problema applicazioni di laboratorio da obiettivo primario è quello di aumentare la capacità della batteria Mn-H, una misura è quello di aumentare lo spessore e la zona della fibra di carbonio positiva sentita da questa misura può migliorare significativamente il carico dell'elettrodo positivo, ma questo porta alla capacità della batteria Mn-H diminuire giù per accelerare la velocità, per esempio, da ispessimento spessore del feltro di fibra di carbonio dell'elettrodo positivo 2 volte, anche se la capacità della batteria è aumentata a due volte, ma dopo 600 cicli, la capacità caduto in declino del 96,5% della capacità iniziale. un'altra misura di disegno asimmetrico positivo e negativo, dal punto di vista dei Principi batteria Mn-H, la struttura di elettrodo negativo è principalmente responsabile dell'effetto catalitico, non ha bisogno di memorizzare H 2Pertanto Wei Chen come batteria Mn-H creazione struttura cilindrica, aumentando l'area dell'elettrodo positivo, elettrodo negativo di ridurre l'area della forma di realizzazione (vedi sotto), migliora significativamente la capacità e densità di energia di batteria Mn-H, ma può anche significativamente riducendo la quantità di catalizzatore Pt / C, ridurre il costo di batteria Mn-H. Sebbene questo motivo ridurrà in qualche misura la capacità di rapporto della batteria (area reazione negativa riduzione elettrodo), ma questo Meiyouzuai buone prestazioni del ciclo della batteria si può vedere dalla fig. e, per la batteria dopo il ciclo di 1400 volte, il tasso di ritenzione capacità può ancora raggiungere 94,2%, in grado di soddisfare pienamente le esigenze della batteria di alimentazione.
Yi Cui e sviluppato da Wei Chen et al., Batteria Mn-H è in realtà un elettrodo negativo batteria ibrida costituita da un elettrodo positivo e un accumulatore di energia chimica cella a combustibile dall'essenza superiore, in quanto non viene calcolato H 2La qualità dell'elettrodo negativo riduce il peso della batteria e utilizza Mn 2+/ Mn 4+Le due reazioni di elettroni, MnO 2La capacità teorica è stata aumentata a 616 mAh / g, quindi anche se la tensione della piattaforma della batteria è solo di circa 1,3 V, ma ottiene comunque un'energia specifica più elevata, tuttavia la batteria attuale ha ancora alcuni problemi, prima di tutto, il peso dell'elettrodo negativo in fibra di carbonio La grande, scarsa bagnabilità riduce l'energia specifica della batteria: come elettrodo si utilizza un film in materiale di nano-carbonio, che aumenta il costo della batteria, inoltre, poiché la batteria genera idrogeno quando la batteria è carica, è necessario un flusso d'aria (come Ar). , N 2Gas, ecc.) Produrrà H 2Togliere la batteria, inoltre è necessario continuare a fornire la batteria durante lo scarico di H 2, ciò richiede una memoria aggiuntiva al di fuori della batteria Ar (N 2) e H 2Il dispositivo fa diminuire l'energia specifica del sistema di batterie, ma c'è anche un problema implicito in H. 2C'è una piccola quantità di CO, CO in 2(questo è l'attuale sistema industriale H 2Le impurità comuni possono causare avvelenamento da catalizzatore negativo e influire sulla durata del ciclo della batteria.Questi problemi devono essere risolti nella successiva ottimizzazione della batteria, ma nel complesso si tratta di un'idea molto creativa, attraverso una buona ottimizzazione Può ridurre efficacemente il costo della batteria, per la promozione di grandi quantità di energia e di veicoli elettrici ha un significato molto importante.
