باتری لیتیوم یون دارای ولتاژ بالا، (200Wh / کیلوگرم یا بیشتر) استفاده از انرژی خاص بالا و عمر طولانی است، باتری وسیله نقلیه الکتریکی ترجیح داده، اما با رشد قابل توجهی در تقاضا برای باتری قدرت، همچنین کشیده تا مواد بالادست خام محصولات مرتبط با قیمت با مواد باتری لیتیوم-یون، مانند لیتیوم، کبالت، نیکل، و غیره در سال 2017 افزایش قابل توجهی، به ویژه لیتیوم و کبالت دو نوع افزایش مواد اولیه قیمت می تواند به عنوان دیوانه توصیف نشان داده است. در باتری افزایش شدید هزینه های تولید و کاهش هزینه تحت فشار دوگانه از زنجیره صنعت پایین دست از تولید کنندگان خودرو، تولید کنندگان باتری به میزان قابل توجهی فشرده حاشیه سود، در حالی که در بازار رقابت شدید، عدم تولید کنندگان باتری قدرت قیمت گذاری، بنابراین 2018 این سال برای اکثر تولیدکنندگان باتری بسیار دشوار خواهد بود.
افزایش عملکرد باتری، کاهش هزینه های تولید، کلیدی برای آینده تحقیق و توسعه باتری است، به تازگی کوی یی و دانشگاه وی چن و همکاران استنفورد به طور مشترک یک محصول توسعه یافته بر اساس MNO 2-H2باتری جدید، که با استفاده از یک محلول آبی به عنوان یک الکترولیت، ولتاژ 1.3V، ظرفیت خاص واقعی تا 139Wh / کیلوگرم با بهینه سازی سلول (ظرفیت خاص نظری در مورد 174Wh / کیلوگرم)، زندگی چرخه تا 10،000 بار ، و از مزایای کم هزینه برخوردار است، بنابراین دارای چشم انداز کاربرد گسترده ای در ذخیره انرژی و باتری قدرت است.
اصل کار مثبت باتری Mn-H Mn محلول است 2+با MnO جامد 2بین تغییرات، منفی H است +و H 2بین تغییرات، الکترولیت یک غلظت بالایی از MnSO است 4از الکترودهای حالت جامد سنتی متفاوت است، محصولات واکنش الکترودهای مثبت و منفی همه محلول هستند (همانطور که در فرمول زیر نشان داده شده است).
ساختار سلول منگنز-H زیر نشان داده شده، با استفاده از ساختار سوراخ کوچک کاتد فیبر کربن حصیر، الیاف شیشه ای غشاء جدا، الکترود منفی یک تشک فیبر کربن کاتالیزور پلاتین کامپوزیت / C، غلظت بالایی از راه حل های الکترولیتی است صورت منگنز سولفات 4راه حل، هنگام شارژ Mn 2+این به سطح فیبر کربن مثبت مهاجرت می کند و یک واکنش اکسیداسیون یک لایه MnO روی سطح فیبر کربن ایجاد می کند. 2, H+واکنش کاهش در سطح منفی برای تولید H اتفاق می افتد 2روند تخلیه فقط مخالف است، MnO 2هنگامی که الکترون ها به دست می آیند، واکنش کاهش می یابد تا Mn محلول شود 2+، بازگشت به راه حل برای تولید MnSO 4, H2واکنش اکسیداسیون در الکترودهای منفی برای تولید H رخ می دهد+.
وی چن با پیکربندی ساخته سلول باتری بالا (زیر نشان داده شده)، برای تست عملکرد الکتروشیمیایی از سیستم، به منظور کاهش ولتاژ بالا آبی O 2در مورد ولادت الکترودهای مثبت، Wei Chen ولتاژ شارژ را در 1.6 ولت تنظیم کرد و Wei Chen 1M MnSO را دریافت کرد. 4به عنوان راه حل الکترولیت، هنگامی که اولین بهره وری باتری از 61 درصد، پس از بیش از ده برابر بهره وری چرخه کولمبیک (coulombic) تا 91٪ با توجه به الکترود منفی فعال کاتالیزور پلاتین در یک محیط اسیدی قوی تر است، بنابراین راه حل اضافه شده Wei Chen در 0.05M H 2خب 4، تا حد زیادی بهبود عملکرد باتری منگنز-H، شارژ افزایش فعلی سه گانه (1.6V ثابت شارژ ولتاژ)، می تواند تکمیل شود تنها 85S اتهام، فرآیند ترخیص نیز به طور قابل توجهی (حدود 50mV) بهبود یافته، و بازده برای اولین بار افزایش 70٪ و در چند دوره بعد، بازده Coulomb حدود 100٪ بود.
برای باتری، عملکرد نرخ شاخص حیاتی است، پانل B یک شارژ باتری منگنز-H کمتر در سیستم شارژ همان (ولتاژ ثابت به 1.6V 1mAh / سانتی متر است 2) پس از شارژ، منحنی تخلیه در تراکم های جاری مختلف نشان دهنده تراکم جریان تخلیه از 10 mA / cm است 2، افزایش به 50 و 100mA / cm 2پس از ظرفیت تخلیه باتری تقریبا هیچ کاهش به پایین، با این نتیجه که بزرگنمایی های مختلف شکل C سیکل همزمان، سلول منگنز-H نشان می دهد دارای خواص نرخ بسیار عالی است. از همه مهمتر، منگنز-H باتری شارژ سریع در مورد چرخه، ظرفیت 10000 دوران کاهش نمی یابد.
اگرچه باتری منگنز-H داشتن ویژگی های نرخ بسیار عالی و ویژگی چرخه، اما از آنجایی که فیبر کربن بهره وری استفاده الکترود الکترولیت بسیار کم، تنها در حدود 36 درصد است، در نتیجه در چگالی انرژی باتری کلی تنها 19.6Wh / کیلوگرم می شود. برای برای حل این مشکل، Wei Chen از یک فیلم کربن نانوساختاری به عنوان یک الکترود استفاده می کند و 4M MnSO را تولید می کند 4راندمان استفاده از راه حل های الکترولیتی است که به 74.3 درصد افزایش یافته است، به طوری که چگالی انرژی باتری به 139Wh / کیلوگرم افزایش یافته است، نسبت حجم از انرژی می رسد 210.6Wh / L وی چن در حالی که در راه حل های الکترولیتی نیز مشاهده بیشتر به منظور افزایش H 2خب 4غلظت همچنین می تواند به طور موثر عملکرد نرخ باتری را افزایش دهد، زمان شارژ را کاهش می دهد، و سطح ولتاژ تخلیه را افزایش می دهد، اما خیلی زیاد است. 2خب 4غلظت ممکن است باعث مشکلات خوردگی شود، که باید بیشتر از منظر طراحی ساختار باتری حل شود.
یکی از مشکلات باتری منگنز-H است که هنوز در برابر؟ - چگونه برای حل این مشکل برنامه های کاربردی آزمایشگاهی از هدف اصلی این است برای افزایش ظرفیت باتری منگنز-H، اندازه گیری است که به افزایش ضخامت و منطقه از فیبر کربن مثبت احساس این اندازه گیری به طور قابل توجهی می تواند به بهبود بارگذاری از الکترود مثبت، اما این منجر به ظرفیت باتری منگنز-H کاهش به سرعت بخشیدن به سرعت، برای مثال، با ضخیم ضخامت تشک فیبر کربن الکترود مثبت 2 بار، هر چند ظرفیت باتری افزایش یافته است دو بار، اما پس از 600 چرخه، ظرفیت کاهش یافته است در کاهش 96.5٪ از ظرفیت اولیه. اندازه گیری دیگری از طراحی های مثبت و منفی نامتقارن، از نقطه اصل نمای باتری منگنز-H، ساختار الکترود منفی عمدتا مسئول برای اثر کاتالیزوری است، آیا ذخیره سازی مورد نیاز نیست؟ 2بنابراین وی چن مانند باتری منگنز-H طراحی ساختار استوانه ای، با افزایش سطح الکترود مثبت، الکترود منفی برای کاهش این منطقه از تجسم (زیر نشان داده شده)، به طور قابل توجهی بهبود می بخشد ظرفیت و انرژی چگالی باتری منگنز-H، اما همچنین می تواند به طور قابل توجهی کاهش میزان کاتالیست پلاتین / C، کاهش هزینه های باتری منگنز-H. اگر چه این طراحی تا حدی کاهش قابلیت نرخ باتری (منطقه واکنش کاهش الکترود منفی) خواهد شد، اما این Meiyouzuai عملکرد چرخه خوب از باتری همانطور که از شکل زیر دیده می شود، پس از 1400 سیکل، میزان احتباس ظرفیت هنوز هم می تواند به 94.2٪ برسد، که به طور کامل نیاز به باتری های قدرت را تامین می کند.
یی کوی و توسعه یافته توسط وی چن و همکاران، باتری منگنز-H است که در واقع یک الکترود باتری هیبریدی منفی متشکل از یک الکترود مثبت و یک سلول ذخیره سازی انرژی شیمیایی سلول سوختی از ذات بالاترین، از آن است که H محاسبه نمی 2کیفیت الکترود منفی وزن باتری را کاهش می دهد و از Mn استفاده می کند 2+/ Mn 4+دو واکنش الکترونی، MnO خواهد بود 2برای افزایش ظرفیت نظری 616mAh / گرم، بنابراین اگر چه ولتاژ باتری را فقط در مورد اینترنت 1.3V است، اما هنوز به دست آوردن یک انرژی خاص بالاتر از باتری، اما در حال حاضر برخی از مشکلات، اول از همه کربن مثبت و منفی توسط وزن استفاده می شود احساس وجود دارد بزرگ، تر شوندگی ضعیف، کاهش انرژی خاص از باتری باید در مواد نانو کربن متشکل از یک فیلم نازک به عنوان الکترود شود، هل دادن تا هزینه های باتری و بیشتر از آند باتری تولید گاز هیدروژن در زمانی که شارژ توسط هوا (به عنوان مثال، به Ar مورد نیاز است ، N 2گاز، و غیره) H تولید خواهد کرد 2باتری را بیرون بیاورید، همچنین باید در طول تخلیه H باتری را تحویل دهید 2، این نیاز به ذخیره اضافی خارج از باتری Ar (N 2) و H 2این بدان معنی است و در نتیجه کاهش انرژی خاص از سیستم باتری می شود. همچنین یک مشکل ضمنی در H وجود دارد 2مقدار کمی CO، CO در آن وجود دارد 2(این سیستم صنعتی فعلی H است 2ناخالصی مشترک)، ممکن است به یک مسمومیت کاتالیزور منفی منجر شود، موثر بر چرخه عمر باتری، این مسائل باید در بهینه سازی های بعدی از باتری پرداخته شود. اما به طور کلی این یک ایده بسیار خلاق، با بهینه سازی خوب این به طور موثر می تواند به کاهش هزینه های باتری، برای ارتقاء در مقیاس بزرگ ذخیره سازی انرژی و وسایل نقلیه الکتریکی دارای اهمیت بسیار مهم است.
