La batería de iones de litio tiene una alta tensión, (200Wh / kg o más) la ventaja de una alta energía específica y larga vida, es que las baterías de vehículos eléctricos preferidas, pero con el crecimiento sustancial en la demanda de energía de la batería, también se detuvo las materias primas aguas arriba relacionados productos precio asociado con materiales de la batería de iones de litio, tales como litio, cobalto, níquel, etc., en 2017 ha mostrado un aumento sustancial, especialmente de litio y cobalto dos tipos de aumento de los precios de materias primas se pueden describir como loco. en batería el fuerte aumento de los costes de producción y reducción de costos bajo la doble presión de la cadena de la industria aguas abajo de los fabricantes de vehículos, los fabricantes de baterías se apretó significativamente los márgenes de beneficio, mientras que en un mercado altamente competitivo, la falta de fabricantes de baterías de poder de precios, por lo tanto, 2018 El año aún será un año muy difícil para la mayoría de los fabricantes de baterías de energía.
Mejorar el rendimiento de la batería, reducir los costos de producción, es la clave para el futuro de la investigación y el desarrollo de la batería, recientemente Cui Yi y Wei Chen et al Universidad de Stanford han desarrollado conjuntamente un producto basado en MnO 2-H2La nueva batería, que utiliza una solución acuosa como un electrolito, la tensión de funcionamiento de 1,3 V, la capacidad específica real de hasta 139Wh / kg mediante la optimización de la célula (capacidad específica teórica de aproximadamente 174Wh / kg), el ciclo de vida de hasta 10.000 veces , Y tiene la ventaja de bajo costo, por lo que tiene amplias perspectivas de aplicación en el almacenamiento de energía y la batería de alimentación.
El principio de funcionamiento positivo de la batería Mn-H es Mn soluble 2+Con sólido MnO 2La diferencia entre negativo y negativo es la adopción de H +Y H 2Entre los cambios, el electrolito es una alta concentración de MnSO 4A diferencia de los electrodos de estado sólido tradicionales, los productos de reacción de electrodo positivo y negativo son todos solubles (como se muestra en la siguiente fórmula).
estructura de la célula Mn-H se muestra a continuación, utilizando pequeña estructura agujero de la estera de fibra de cátodo de carbono, un separador de membrana de fibra de vidrio, el electrodo negativo es una estera de fibra de carbono apoyado catalizador compuesto Pt / C, una alta concentración de la solución electrolítica MnSO 4Solución, cuando se carga Mn 2+Migrará a la superficie de la fibra de carbono positiva, y una reacción de oxidación generará una capa de MnO en la superficie de la fibra de carbono. 2, H+Se produce una reacción de reducción en la superficie negativa para generar H 2El proceso de descarga es todo lo contrario, MnO 2Cuando se obtienen electrones, se produce una reacción de reducción para generar Mn soluble 2+, regrese a la solución para generar MnSO 4, H2Se produce una reacción de oxidación en el electrodo negativo para generar H+.
Wei Chen Con la configuración fabricado pilas anteriormente (que se muestra a continuación), para probar el rendimiento electroquímico del sistema, a fin de reducir la alta tensión acuosa O 2problema de precipitación conformes al electrodo positivo, Wei Chen proporciona un 1.6V tensión de carga, el uso Wei Chen de MnSO 1M 4A medida que la solución electrolítica, cuando la primera eficiencia de la batería de 61%, después de más de diez veces el rendimiento del ciclo culómbica hasta 91%. Debido a que el catalizador Pt activo de electrodo negativo en un ambiente ácido es más fuerte, por lo que se añadió la solución Wei Chen en 0.05M H 2SO 4, Mejorar en gran medida el rendimiento de la batería Mn-H, el impulso de corriente de carga triple (1.6V carga de tensión constante), se puede completar solamente 85s carga, el proceso de descarga también se ha mejorado significativamente (aproximadamente 50 mV), y la primera eficiencia Aumentó al 70%, y en los siguientes ciclos, la eficiencia de Coulomb alcanzó aproximadamente el 100%.
Para una batería, el rendimiento de velocidad es indicadores críticos, el panel b es una carga de la batería Mn-H inferior en el mismo sistema de carga (tensión constante a 1.6V 1mAh / cm 2) Después de la carga, la curva de descarga a diferentes densidades de corriente muestra una densidad de corriente de descarga de 10 mA / cm 2, aumente a 50 y 100mA / cm 2Después de que la capacidad de descarga de la batería está casi ninguna disminución hacia abajo, con el resultado de que diferentes aumentos Figura ciclos c coincidir, Mn-H muestran célula tiene una muy excelentes propiedades de tasas. Más importante, Mn-H de la batería de carga rápida En el caso del ciclo, no hay disminución en la capacidad de 10,000 ciclos.
Aunque la batería Mn-H tiene un excelente rendimiento y rendimiento de ciclo, la eficiencia de utilización de la solución electrolítica por el electrodo de fibra de carbono es muy baja, que es solo del 36%. Por lo tanto, la densidad de energía total de la batería es de solo 19.6 Wh / kg. Para resolver este problema, Wei Chen utiliza una película de carbono nanoestructurada como un electrodo, lo que hace 4M MnSO 4La eficiencia del uso de la solución electrolítica se aumenta a 74,3%, de modo que la densidad de energía de la batería aumenta a 139Wh / kg, la relación de volumen de energía alcanza 210.6Wh / L. Wei Chen mientras que también se observa en la solución electrolítica para mejorar aún más H 2SO 4La concentración también puede aumentar efectivamente el rendimiento de la tasa de la batería, reducir el tiempo de carga y aumentar el nivel de voltaje de descarga, pero la H es demasiado alta. 2SO 4La concentración puede causar problemas de corrosión, que deben resolverse aún más desde la perspectiva del diseño de la estructura de la batería.
Uno de los problemas Mn-H batería todavía se enfrenta a -? ¿Cómo resolver este problema usos de laboratorio de meta principal es aumentar la capacidad de la batería Mn-H, una medida es aumentar el grosor y el área de la fibra de carbono positivo que sienten esta medida puede mejorar significativamente la carga del electrodo positivo, pero esto conduce a la capacidad de la batería Mn-H disminuyendo hacia abajo para acelerar la velocidad, por ejemplo, por el engrosamiento del espesor de la estera de fibra de carbono del electrodo positivo 2 veces, aunque la capacidad de la batería se incrementa a dos veces, pero después de 600 ciclos, la capacidad de caer sobre la disminución de 96,5% de la capacidad inicial. otra medida de diseño positivo y negativo asimétrica, desde el punto de vista de la batería Mn-H principio, la estructura de electrodo negativo es principalmente responsable del efecto catalítico, No requiere almacenamiento H 2Por lo tanto Wei Chen como batería Mn-H diseñado estructura cilíndrica, aumentando el área del electrodo positivo, electrodo negativo para reducir el área de la realización (mostrada a continuación), mejora significativamente la densidad de potencia y energía de Mn-H de la batería, pero puede también significativamente reduciendo la cantidad de catalizador de Pt / C, reducir el costo de Mn-H de la batería. Aunque este diseño se reducirá en cierta medida la capacidad de velocidad de la batería (área de reacción de reducción de electrodo negativo), pero este buen rendimiento del ciclo Meiyouzuai de la batería puede verse en la Fig. e, para la batería después del ciclo de 1400 veces, la tasa de retención de capacidad todavía puede llegar a 94,2%, puede satisfacer plenamente las necesidades de la energía de la batería.
Yi Cui y desarrollado por Wei Chen et al., Mn-H de la batería es en realidad un electrodo negativo de la batería híbrida que consiste en un electrodo positivo y una célula de almacenamiento de energía química de pila de combustible de la esencia más alta, ya que no se calcula H 2La calidad del electrodo negativo reduce el peso de la batería y utiliza Mn 2+/ Mn 4+Las dos reacciones electrónicas serán MnO 2Para aumentar la capacidad teórica 616mAh / g, por lo que aunque el voltaje de la batería es sólo aproximadamente 1.3V internet, pero aún así obtener una energía específica más alta de la batería, pero ahora hay algunos problemas, primero de todo el carbono positivo y negativo fieltro utilizados, por peso gran pobre humectabilidad,, reducir la energía específica de la batería será en el material de nano-carbono compuesta de una película delgada como un electrodo, empujando hacia arriba el costo de la batería, y aún más desde el ánodo de la batería produce gas hidrógeno durante la carga es requerido por un aire (por ejemplo, Ar , N 2Gas, etc.) producirá H 2Saque la batería, también debe continuar suministrando la batería durante la descarga de H 2, esto requiere un almacenamiento adicional fuera de la batería Ar (N 2) y H 2El dispositivo hace que disminuya la energía específica del sistema de batería. También hay un problema implícito en H. 2Hay una pequeña cantidad de CO, CO en 2(este es el sistema industrial actual H 2Las impurezas comunes), pueden dar lugar a un envenenamiento del catalizador negativo, lo que afecta el ciclo de vida de la batería, estos asuntos deben ser abordados en el posterior optimización de la batería. Pero en general es una idea muy creativa, mediante la optimización de la buena Puede reducir efectivamente el costo de la batería, para la promoción de almacenamiento de energía a gran escala y los vehículos eléctricos tienen un significado muy importante.
