리튬 이온 배터리와 관련된 상류 원료 제품을, 높은 전압 (200Wh / kg 이상) 높은 특정 에너지, 긴 수명의 장점을 갖는다 바람직한 전기 자동차 배터리이지만 전원 전지에 대한 수요의 상당한 증가와 같은 인상 예컨대 2017 년 등 리튬, 코발트, 니켈, 리튬 이온 전지 재료와 관련된 가격이 상당히 증가, 특히 리튬 코발트 원료의 가격 상승의 두 종류 미친 것으로 설명 될 수있다 보여 주었다. 전지 생산 및 자동차 제조 업체의 전방 산업 체인의 이중 압력에 따라 비용 절감의 비용의 급격한 상승은 배터리 제조 업체는 크게, 동안 치열한 시장 경쟁에서 가격 전원 배터리 제조 업체의 부족 때문에 2018 이윤 압착된다 올해는 대다수의 전력 배터리 제조업체에게 여전히 어려운 해가 될 것입니다.
생산 비용을 절감, 배터리 성능 향상, 배터리 연구 개발의 미래의 열쇠입니다, 최근 추이 이순신과 웨이 첸 등 스탠포드 대학이 공동으로 MnO를 기반으로 제품을 개발 2-H2전해질로서 수용액을 사용하여 새로운 배터리, 1.3V의 동작 전압, 셀 (약 174Wh / kg의 이론적 인 비 용량), 최대 10,000 시간의 수명을 최적화함으로써 139Wh / kg까지의 실제 비 용량 그리고 낮은 비용의 장점을 가지고 있으므로 에너지 저장 배터리 및 전력에서 넓은 응용 전망이있다.
Mn-H 배터리의 긍정적 인 작동 원리는 용해성 Mn 2+고체 MnO 2변화 사이에서 부정은 H +그리고 H 2변화 사이에서 전해질은 고농축의 MnSO이다. 4상기 양극 및 음극은 (다음 식 참조) 수용성의 반응 생성물임을 제외하고는 종래의 고체 전극.
MN-H 셀 구조가 음극 탄소 섬유 매트, 유리 섬유 막 분리기의 미세 구멍 구조를 이용하여, 아래와 같이 음극지지 된 탄소 섬유 매트의 Pt / C 복합 촉매, 전해질 용액의 높은 농도 MnSO 4솔루션 : Mn 충전시 2+탄소 섬유의 양극의 표면에 마이그레이션 할 표면의 산화 반응은 탄소 섬유 층 MnO를 생성한다 2, H+환원 반응이 음의 표면에서 발생하여 H 2방전 과정은 정반대이며, MnO 2가용성 망간의 전자 얻어진 환원 반응 2+, 용액으로 돌아와 MnSO를 생성한다. 4, H2음극에서 산화 반응이 일어나 H+.
상기 구성 제조 된 전지 셀로 웨이 첸 (아래 그림 참조), 고전압 수성 O를 줄이기 위해, 시스템의 전기 화학적 성능을 시험하기 2양극의 석출 문제가 웨이 첸 충전 전압 1.6V, MnSO 1M 웨이 첸의 사용을 제공하는 4산성 환경에서 음극 활성 백금 촉매로 인해 10 배 이상 최대 91 %까지 사이클 쿨롱 효율성. 이후 61 %의 제 1 배터리 효율,의 용액을 첨가되도록 웨이 첸 강한 전해액 으로서는 0.05M H 2그래서 4크게 MN-H 전지의 성능 향상, 충전 전류 부스트 트리플 (1.6V 정전압 충전), 방전 처리는 크게 (약 50mV) 개선되었다 만 85S 충전을 완료하고, 제 1 효율 수 70 %로 상승, 향후 몇 사이클에서, 쿨롱 효율은 약 100 %에 도달했다.
전지용, 레이트 성능은 패널 (B)가 동일한 과금 시스템에서 낮은 MN-H 배터리 충전 (1.6V 1mAh / cm에 정전압이 중요한 지표이다 2충전 후) 상이한 전류 밀도에서의 방전 곡선을 방전 전류 밀도 10mA / cm에서 알 수 2, 50 및 100mA / cm로 증가 2전지의 방전 용량은 거의 감소 다운 상이한 배율을 C 사이클 MN-H 표시 셀이 매우 우수한 레이트 특성을 갖고, 일치도 그 결과 후에.보다 중요한 MN-H 전지 고속 충전 이러한 상황에서, 어떤 장애없이 드롭 10,000 사이클의 용량이 발생한다.
MN-H 배터리 우수한 레이트 특성 및 사이클 특성을 구비하지만, 전해질의 탄소 섬유 전극의 이용 효율이 약 36 %, 아주 낮기 때문에 이에 만 19.6Wh / kg의 전체 배터리의 에너지 밀도를 초래 않는다. 들어 전극 등 4M MnSO 인 탄소 박막을 사용하여이 문제 웨이 첸 나노 구조물을 해결 4전해질의 이용 효율은 74.3 %로 향상되어 전지의 에너지 밀도가 139Wh / kg로 증가하고 체적 에너지 비율이 210.6Wh / L로 증가 하였다. Wei Chen은 또한 전해질 H의 추가 개선을 관찰했다. 2그래서 4농도가 효과적으로 배터리의 속도 성능을 높이고 충전 시간을 줄이며 방전 전압 레벨을 높일 수는 있지만 너무 높습니다. 2그래서 4농도가 부식 문제를 일으킬 수 있으며, 이는 배터리 구조 설계의 관점에서 추가로 해결해야 할 필요가 있습니다.
Mn-H 배터리는 여전히 문제가 있습니다 - 실험실에서 어플리케이션으로 이동하는 방법이 문제를 해결하는 주 목적은 Mn-H 배터리의 용량을 늘리는 것입니다. 한 가지 방법은 양극 탄소 섬유 펠트의 두께와 면적을 늘리는 것입니다. 이 측정법은 양극 하중을 상당히 증가시킬 수 있지만, 이것은 Mn-H 배터리의 용량 저하 속도를 가속화 할 수있다. 예를 들어, 양극 탄소 섬유 펠트 두께를 2 배로 두껍게함으로써 배터리 용량이 2 배 증가하지만, 600 사이클 후에 용량은 초기 용량의 96.5 %로 떨어지고 또 다른 방법은 비대칭 양극 및 음극 전극의 설계이다 .Mn-H 배터리의 작동 원리로부터 음극 구조가 주로 촉매 효과의 원인이된다. 저장 장치가 필요하지 않습니다. H 2따라서 Wei Chen 등은 Mn-H 전지를 원통형 구조로 설계하였으며, 양극 면적을 늘리고 음극 면적을 줄임으로써 (아래 그림 참조) Mn-H 전지의 용량 및 에너지 밀도가 크게 향상되었습니다. Pt / C 촉매의 양이 감소되고 Mn-H 배터리의 비용이 감소된다.이 설계가 배터리의 레이트 성능을 어느 정도 감소 시키지만 (음극 반응 면적 감소) 배터리의 양호한 사이클 성능을 저해하지는 않는다. 다음 그림 e에서 볼 수 있듯이 1400 사이클 후에도 용량 보유율은 여전히 94.2 %에 달할 수있어 전력 배터리에 대한 요구를 완전히 만족시킵니다.
Cui Wei와 Wei Chen 등에 의해 개발 된 Mn-H 배터리는 본질적으로 H를 계산할 수 없으므로 화학 에너지 저장 셀의 양극 배터리와 연료 전지의 음극 배터리로 구성된 하이브리드 배터리입니다. 2음극의 품질은 배터리의 무게를 줄이고 Mn 2+/ Mn 4+두 전자 반응은 MnO 2배터리의 전압은 단지 1.3V 인터넷 대해서이지만 있도록 이론 용량 616mAh / g이 증가하지만, 여전히 배터리의 더 높은 비 에너지를 획득하지만, 지금 중량 사용한 펠트 모든 양극과 음극의 탄소 먼저 몇 가지 문제점이있다하려면 많은 열악한 습윤성, 전지의 비용을 밀고, 전극 등의 박막으로 이루어진 상기 나노 카본 재료이어야한다 전지의 비 에너지를 감소시키고 배터리 양극이 수소 가스를 생성하는 상기 보낸 공기 (예를 들어, 아르곤에 필요한 충전시 , N 2가스 등)가 H를 생성합니다. 2배터리를 꺼내고 H 방전 도중 배터리를 계속 공급해야합니다. 2, 배터리 외부에 추가 저장 장치가 필요합니다. Ar (N 2) 및 H 2이 장치는 배터리 시스템의 특정 에너지를 감소시킵니다. 또한 H.에 암묵적인 문제가 있습니다. 2소량의 CO, CO가 2(현재의 산업 시스템 인 H 2일반적인 불순물), 배터리 수명에 영향을 미치는 부정적인 촉매 중독으로 이어질 수 있습니다, 이러한 문제는 배터리의 후속 최적화에 해결 될 필요가있다. 그러나 전반적으로 이것은 매우 창의적인 아이디어는 좋은 최적화함으로써, 그것은 효과적으로 대규모 에너지 저장과 전기 자동차의 증진을 위해 매우 중요한 의미를 가지고, 배터리의 비용을 줄일 수 있습니다.