A bateria de iões de litio tem uma alta voltagem, (200Wh / kg ou mais) a vantagem de alta energia específica e uma vida longa, são as baterias de veículos eléctricos preferenciais, mas com o crescimento substancial na procura de energia da bateria, também puxado para cima as matérias-primas a montante produtos relacionados preço associado com materiais de bateria de iões de lítio, como o lítio, o cobalto, o níquel, etc, em 2017 demonstrou um aumento substancial, especialmente lítio e cobalto dois tipos de aumento de preço de matérias-primas é pode ser descrito como louco. em bateria o aumento acentuado no custo de produção e redução de custos, sob a dupla pressão da cadeia da indústria a jusante de fabricantes de veículos, fabricantes de baterias são espremidos significativamente as margens de lucro, enquanto que na competição acirrada do mercado, a falta de fabricantes de baterias poder de precificação, portanto, 2018 O ano ainda será um ano muito difícil para a maioria dos fabricantes de baterias de energia.
Melhorar o desempenho da bateria, reduzir custos de produção, é a chave para o futuro da pesquisa e desenvolvimento da bateria, recentemente Cui Yi Wei e Chen et al Universidade Stanford desenvolveram conjuntamente um produto baseado em MnO 2-H2A nova bateria, que utiliza uma solução aquosa de um electrólito, tensão de funcionamento de 1,3 V, a capacidade específica real de até 139Wh / kg através da optimização da célula (capacidade específica teórica de cerca de 174Wh / kg), a vida de ciclo de até 10.000 vezes E tem a vantagem de baixo custo, por isso tem amplas perspectivas de aplicação em armazenamento de energia e bateria de energia.
O princípio de funcionamento positivo da bateria Mn-H é Mn solúvel 2+Com MnO sólido 2A diferença entre o negativo e o negativo é a adoção de H +E H 2Entre as mudanças, o eletrólito é uma alta concentração de MnSO 4Diferentemente dos eletrodos tradicionais de estado sólido, os produtos de reação dos eletrodos positivos e negativos são todos solúveis (como mostrado na fórmula a seguir).
estrutura celular Mn-H mostrado abaixo, usando pequeno furo estrutura da esteira de fibras de carbono de cátodo, um separador de membrana de fibra de vidro, o eléctrodo negativo é um tapete de fibra de carbono suportado compósito catalisador Pt / C, uma alta concentração da solução electrolítica MnSO 4Solução, ao carregar Mn 2+Ele migrará para a superfície da fibra de carbono positiva e uma reação de oxidação gerará uma camada de MnO na superfície da fibra de carbono. 2, H+Uma reação de redução ocorre na superfície negativa para gerar H 2O processo de descarga é exatamente o oposto, MnO 2Quando elétrons são obtidos, ocorre uma reação de redução para gerar Mn solúvel 2+, retorne à solução para gerar MnSO 4, H2Uma reação de oxidação ocorre no eletrodo negativo para gerar H+.
Wei Chen usou a estrutura da bateria acima para fazer uma bateria (mostrada na figura abaixo) e testou o desempenho eletroquímico do sistema para reduzir a solução aquosa em alta voltagem. 2Na questão da precipitação positiva do eletrodo, Wei Chen definiu a tensão de carga em 1.6V, e Wei Chen adotou 1M de MnSO. 4Como o eletrólito, a primeira eficiência da bateria é de 61% Após mais de 10 ciclos, a eficiência Coulomb é de cerca de 91%, porque o eletrodo negativo Pt é mais ativo no ambiente ácido, Wei Chen adicionou a solução. 0,05 M H 2SO 4, O desempenho da bateria Mn-H é muito melhorada, a corrente de carga é aumentada três vezes (1.6V carga constante de tensão), e leva apenas 85s para completar o carregamento.A plataforma de tensão de descarga também tem um aumento significativo (cerca de 50mV), e a primeira eficiência é também Aumentada para 70%, e nos próximos ciclos, a eficiência de Coulomb alcançou cerca de 100%.
Para uma bateria de energia, o desempenho da taxa é um indicador muito crítico.A figura abaixo b mostra a bateria Mn-H no mesmo sistema de carregamento (tensão constante de 1.6V carregando para 1mAh / cm 2) Após o carregamento, a curva de descarga em diferentes densidades de corrente mostra uma densidade de corrente de descarga de 10 mA / cm 2, aumente para 50 e 100mA / cm 2Depois disso, a capacidade de descarga da bateria quase não diminui, o que é consistente com os resultados de diferentes ciclos de taxa na figura a seguir c, indicando que a bateria Mn-H tem um excelente desempenho de taxa. No caso do ciclo, não há declínio na capacidade de 10.000 ciclos.
Embora a bateria Mn-H tenha excelente desempenho de taxa e desempenho de ciclo, a eficiência de utilização do eletrólito pelo eletrodo de fibra de carbono é muito baixa, apenas cerca de 36%, portanto a densidade de energia total da bateria é de apenas 19,6Wh / kg. Para resolver este problema, Wei Chen usa um filme de carbono nanoestruturado como um eletrodo, fazendo 4M MnSO 4A eficiência na utilização da solução electrolitica é aumentada para 74,3%, de modo que a densidade de energia da bateria aumentou para 139Wh / kg, a proporção em volume de energia atinge 210.6Wh / L. Chen Wei enquanto também observada na solução electrolítica para aumentar ainda mais H 2SO 4A concentração também pode efetivamente aumentar o desempenho da taxa da bateria, reduzir o tempo de carregamento e aumentar o nível de tensão de descarga, mas é muito alto. 2SO 4A concentração pode causar problemas de corrosão, que precisam ser mais solucionados do ponto de vista do projeto da estrutura da bateria.
Um problema Mn-H bateria ainda enfrenta? - Como para resolver este problema aplicações laboratoriais de objectivo principal é o de aumentar a capacidade da bateria de Mn-H, uma medida é o de aumentar a espessura e a área da fibra de carbono positivo sentida pelos esta medida pode melhorar significativamente a carga do eléctrodo positivo, mas isto conduz a capacidade da bateria de Mn-H diminuir para baixo para acelerar a velocidade de, por exemplo, pelo espessamento da espessura da esteira de fibras de carbono do eléctrodo positivo 2 vezes, embora a capacidade da bateria é aumentada até duas vezes, mas depois de 600 ciclos, a capacidade diminuiu em declínio de 96,5% da capacidade inicial. Uma outra medida do desenho positivo e negativo assimétrico, a partir do ponto de princípio de vista bateria Mn-H, a estrutura de eléctrodo negativo é principalmente responsável para o efeito catalítico, Não requer armazenamento H 2Portanto Wei Chen como bateria Mn-H concebido estrutura cilíndrica, através do aumento da área do eléctrodo positivo, eléctrodo negativo para reduzir a área da forma de realização (mostrado abaixo), melhora significativamente a densidade de capacidade e energia de Mn-H bateria, mas pode também significativamente reduzir a quantidade de catalisador de Pt / C, reduzir o custo de Mn-H bateria. Embora esta concepção irá reduzir em certa medida a capacidade da taxa de bateria (área de reacção de redução do eléctrodo negativo) a, mas este bom desempenho do ciclo Meiyouzuai da bateria Como pode ser visto na figura a seguir e, após 1400 ciclos, a taxa de retenção de capacidade ainda pode chegar a 94,2%, satisfazendo totalmente a demanda por baterias de energia.
A bateria Mn-H desenvolvida por Cui Wei e Wei Chen, etc. é essencialmente uma bateria híbrida que consiste em uma bateria positiva de células de armazenamento de energia química e um eletrodo negativo de uma célula de combustível, uma vez que H não pode ser calculado. 2A qualidade do eletrodo negativo reduz o peso da bateria e utiliza Mn 2+/ Mn 4+As duas reações elétricas, MnO 2Para aumentar a capacidade teórica 616mAh / g, por isso, embora a tensão da bateria é de apenas cerca de internet 1.3V, mas ainda obter uma energia mais elevada específica da bateria, mas agora existem alguns problemas, em primeiro lugar carbono positivo e negativo se sentiram usados por peso grande, fraca molhabilidade, reduzir a energia específica da bateria deve ser no material nano-carbono composta por uma fina película como um eléctrodo, empurrando-se o custo da bateria, e ainda desde que o ânodo da bateria produz gás de hidrogénio quando o carregamento é necessário por um aparelho de ar (por exemplo, ar , N 2Gás, etc.) produzirá H 2Com a bateria, o processo de descarga, também requer um fornecimento contínuo da bateria H 2, isso requer um armazenamento adicional fora da bateria Ar (N 2) e H 2Isso significa, resultando na redução da energia específica do sistema de bateria. Existe também um problema implícito em H 2Há uma pequena quantidade de CO, CO em 2(este é o atual sistema industrial H 2impurezas comuns), pode levar a um envenenamento do catalisador negativo, afetando o ciclo de vida da bateria, essas questões precisam ser abordadas na otimização posterior da bateria. Mas no geral esta é uma idéia muito criativa, através da optimização do bom ele pode efetivamente reduzir o custo da bateria, para a promoção de armazenamento de energia em larga escala e veículos elétricos têm um significado muito importante.
