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科技资讯写作大赛|中科大余彦团队 高性能锂(

时间:2018-11-13 14:00来源:未知 作者:秒速赛车 点击:
原标题:科技资讯写作大赛|中科大余彦团队 高性能锂(钠)电池材料研究进展 日本苍龙级潜艇是日本自二战后建造的排水量最大的潜艇,艇长84米,宽9.1米,高8.5米,标准排水量为

  原标题:科技资讯写作大赛|中科大余彦团队 高性能锂(钠)电池材料研究进展

  日本“苍龙”级潜艇是日本自二战后建造的排水量最大的潜艇,艇长84米,宽9.1米,高8.5米,标准排水量为2947吨,水下排水量为4100吨,潜航速度20节。该级潜艇作为世界上最大的常规动力潜艇,拥有出色的运营记录,秒速赛车平台:并配备了最先进的技术,包括使其能够长时间保持在水下航行的不依赖空气的推进(AIP)系统,以及使其更加难以被探测的先进隐形技术。该级潜艇的任务使命包括反潜、反舰、巡逻警戒、编队护航、封锁、破坏海上交通线、情报收集与监视、布雷和特种作战等多项任务,是一型既能执行近海巡逻警戒任务,也适合远洋作战的大型多用途常规潜艇。

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  2016年底,国家能源局发布《能源技术创新“十三五”规划》,明确了2016-2020年能源新技术研究及应用的发展目标,为我国核电技术后续发展指引方向。

  (二)落实工作责任。省工业和信息化委要发挥牵头统筹作用,省能源局要牵头做好充电基础设施建设工作,省财政、交通运输、住房城乡建设、公安、物价等部门要根据职责细化工作实施方案,主动作为,加强协作,确保完成新能源汽车推广应用和充电设施建设目标任务。各州、市人民政府要切实履行主体责任,充分发挥主体作用,明确牵头部门,制定实施方案,细化支持政策和配套措施,狠抓工作落实。

  (c )氮掺杂的多孔碳包覆磷(P@N-MPC )负极材料的制备及储钠过程示意图;

  回首六年前,当时,美国、日本、德国等世界主要汽车强国,都将发展新能源汽车上升到了国家战略的高度,积极开发和应用以动力电池为核心的汽车电动化技术,加快推动电动汽车产业化进程。2012年4月,我国国务院通过《节能与新能源汽车发展规划》(2012-2020),标志着我国新能源汽车的发展也上升到了国家战略的高度。

  硅、 锗、 锡这些第四主族元素以及磷元素具有非常高的理论容量, 其中磷元素的理论容量 (钠电池)是2595 mAhg−1, 被认为是继碳元素后的下一代负极材料。但是这些材料普遍存在一些问题;1:自身的电导率较低;2:其自身合金化的储锂(钠)的机理造成了体积膨胀效应较大。这些问题使得电池指标性能:容量、倍率等性能远不如石墨负极材料;而传统的方法是通过与碳材料的复合(石墨烯、碳纳米管等),以此来提高材料的电导率或者通过构建分级结构来缓解体积膨胀中的应力;该组在前人的基础上,构筑一系列的中空、核/壳结构,设计得到合理的 3D 结构实现高寿命和高容量的负极材料,如图一中所示,通过前驱体NiNH4PO 4 ·H 2 O 自身作为模板,再包覆氧化石墨烯,在高温下形成 3D 分级结构。多孔的石墨烯外壳不仅提高了电子电导率,同时其上的微孔结构有效缩短了锂(钠)离子的迁移路径, 而内部纳米级活性物质被包覆在石墨烯内部, 缓解在锂 (钠) 化过程的团聚和应力问题,从而改善了其在电化学性能,在 0.2Ag -1 电流密度下 100 次循环后仍能保持 181mAhg -1 (89%容量保持);基于前期的工作基础,由于 MOF 具有更加规整的孔道结构,该团队又对 ZIF-8进行碳化处理,并在得到的微孔碳结构进行负载磷处理,由于碳化后 MOF 独有的 3D 微孔结构,很好的限制了磷在循环过程的体积膨胀造成的失活问题;大幅提高了其电化学性能,电化学测试证明其在 0.15Ag -1 电流密度下循环 100 次,容量仍然维持在 600mAhg-1(几乎100%库伦效率);此类研究成果均在 Advance Materials 杂志发表,为合金类储锂(钠)负极材料的研制奠定了理论, 同时也为其合它金类材料提供了思路借鉴。(Y.Yu et al. J. Advanced Materials, 2016.; Y.Yu et al. J. Advanced Materials,2017,29(16). )

  过渡金属氧化物和硫化物基于其自身的转化反应机理, 其理论容量比商业化的石墨碳负极高出 2-4 倍,受到大家的广泛关注,是下一代负极材料有力候选者之一。但是该类材料也同样存在一些问题,材料本身的电导率低,在充放电过程中体积膨胀效应严重,同样困扰着广大科技工作者。 而中科大余彦团队通过构筑0维纳米粒子嵌入1维的纳米线中的分级纳米结构,实现了该类材料的高倍率充放电和充放电过程的稳定性;该团队将 CoS 和 CoSe 纳米粒子成功嵌入 1 维碳纤维结构, 形成豌豆荚状的核壳结构, 其中碳纤维的微孔结构有利于缩短钠离子迁移距离,又可以作为纳米的粒子的保护壳,一方面保证了活性物质的机械稳定性,另一方面又降低了活性物质在充放电过程的团聚现象,使电化学性能显著提升,在 0.1Ag -1 电流密度下 CoS⊂ carbon NWs 的可逆容量为 379mAhg-1 ;CoSe⊂ carbon NWs 在0.1Ag -1 电流密度下可逆容量为 350mAhg -1 ;基于上述研究思路该团队通过静电纺丝技术将 0 维纳米颗粒S 1-x Se x (x0.1)嵌入 1 维聚苯胺纤维,经碳化处理后形成多孔的碳纤维包覆纳米粒子,大幅提高材料的比表面积,在 Li-S、Na-S 电池应用中,这种多孔碳的结构不仅缩短了离子的嵌入脱出距离,也提高了材料的电导率和机械稳定性;电化学测试表明:Li-S 电池中,0.1Ag -1电流密度下循环 100 次,S 1-x Se x 的容量仍然维持在 840mAhg -1 ;Na-S 电池中,0.1Ag -1 电流密度下循环 100 次, S 1-x Se x 的容量仍然维持在 762mAhg -1 ;(Y.Yu et al. J. Adv. Mater. 2016, 28,7276–7283 ; Y.Yu et al. J.Small, 2017, 13(19). )

  在该项目中,塔尔加正研发一种高能量密度的石墨烯硅电池负极产品,称为TalnodeTM-Si,比其他商用石墨负极的能量密度明显更高。

  在诸多压力的作用下,在一次能源没有颠覆性替代的现阶段,天然气清洁、高效的现实属性最能为消费者接受,在未来拥有广阔的发展空间。全球能源在多元化、清洁化、低碳化转型的趋势下,天然气将是破解压力助推经济高质量发展的突破口。

  另外,从招股书中,也暴露出宁德时代一直以来应收账款占比过多的问题,但总体来看,趋于好转。招股书显示,截至2015 年末、2016 年末和 2017 年末,公司应收账款余额分别为 23.98亿元、73.23亿元和 69.38亿元,应收账款余额占当期营业收入的比例 分别为 42.05%、49.22%和 34.70%。

  而丰田目前需要做的是,将基于硫化物的全固态电池性能提升到远高于主流的锂离子电池。

  (c )NTP@C@PC 制备过程以及电极反应过程机理示意图;

  理想“丰满”,现实“骨感”,为此华东师大王连卫课题组必须对传统意义上的锌碘电池进行大刀阔斧的“改革”。他们多年来在电极材料、电池隔膜、电池整体结构等方面进行大量探索,在锌溴电池及锌碘电池领域研究成果的丰厚基础上,课题组研究发现,这类新型电池的充放电过程中,导致了电池内离子交换膜的两边产生压差,如不采取附加的液流架构,电池结构就可能不稳定,甚至被损坏。

  目前,对于大规模储能设备而言,锂离子电池的价格居高不下,竞争优势不明显。研究人员对发展价格更为低廉的室温钠离子电池寄予了更高的期望。Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 拥有高的理论容量(~400Wh/kg)以及好的热力学稳定性,作为钠离子的正极材料受到了广泛的关注,但是该材料也存在许多问题, 电导率低下, 循环过程应力膨胀等缺点造成了电池循环和倍率性能差;针对以上问题,余彦课题组于 2014 年 Nano Lett.上发表一篇文章(如图三):通过对Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 包覆碳层,来改善该材料的导电性并且有效的抑制了该材料在嵌钠脱钠过程的团聚问题,电化学性能大幅得到提升:在 22Ag -1 电流密度下,实现 6s 内充放电,并且保持44mAhg -1 的容量;受到Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 材料的启发,该组对另一 NASICON 材料-NaTi 2 (PO 4 ) 3提出了一种通用的方法来改善该类材料的的循环以及倍率性能;一方面降低该类材料的尺寸,以及缩短钠离子脱嵌和电子传输距离;另一方面,采用双碳层包覆活性物质的方法,其中碳层的作用主要有两点:第一层碳壳有效的控制了 NaTi 2 (PO 4 ) 3 的尺寸,第二层多孔碳气凝胶结构有效缓解了体积膨胀效应,并且这种 3 维互传网络结构也提高了材料的电导率使NaTi 2 (PO 4 ) 3 材料的电化学性能大幅改善: 5C的电流密度下, 循环5000 次仍然保留 103mAhg -1的容量(图三 d);该组在总结前面研究的基础下,进一步对优化 Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 材料,针对碳气凝胶的制备过程复杂,活性物质制备电极过程添加的粘结剂不提供容量等问题, 设计了一种较为简单的方法,3 维的泡沫石墨结构上负载 Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 ,有效提高了钠离子和电子的传输,同时该材料可以直接作为电极使用,无需粘结剂;操作简单;电化学性能测试表明:在10C 的电流密度下, 循环 1000 次容量保持在 95mAhg -1 的容量 (5%的容量衰退)。而在 100C电流密度下,循环 20000 次仍保留了 46%的可逆容量,循环性能和倍率性能大幅提高;相关研究发表在 Nano Lett 、 Nanoscale 、 Adv. Energy Mater 等期刊,为 NASICON 材料的研究提供 了 思 路 。 ( ( Y.Yu et al.J.Nano Lett. 2014, 14, 2175−2180; Y.Yu et al.J.Nanoscale, 2015, 7,14723–14729; Y.Yu et al.J.ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 32360−32365)

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  Su等通过液相凝固和热解法制备了碳包覆硅石墨复合材料,复合材料具有优先的电化学性能,高的首次可逆容量,首次库伦效率为73.82%,40次循环后,容量保持率仍然在80%以上。

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