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工夫:2017-10-30 10:58 泉源:中国科学院网 作者:admin
       因为环球散布普遍的钠资本和价格低廉的钠盐本钱,钠离子电池无望应用于将来大规模储能范畴。近年来,中国科学院化学研究所份子纳米构造取纳米技术重点实验室的研究人员正在寻觅能可逆脱嵌钠离子的正极质料上停止了体系探究。前期研讨中,开辟了具有零应变特性(J. Mater. Chem. A 2015, 3, 4799)、下钠含量(Nano Res. 2015, 8, 117)和下结晶质量(Energy Environ. Sci. 2014, 7, 1643)的一系列普鲁士蓝类钠离子电池正极质料;并经由过程修建三维导电网络构造,得到高温机能优秀(-25°C下仍可事情)的普鲁士蓝/碳纳米管复合正极质料(Adv. Mater. 2016, 28, 7243)。
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  近来,正在国家自然科学基金委、科技部和中科院的支撑下,化学所份子纳米构造取纳米技术重点实验室研究员郭玉国课题组研究人员,正在下机能层状氧化物正极质料研讨方面又获得新希望。经由过程质料动力学实际盘算并联合实行,他们提出打破单一金属离子正极的限定的头脑,联合多种金属离子的上风,得到综合机能优秀的O3-NaFe0.45Co0.5Mg0.05O2正极质料(Adv. Energy Mater. 2017, doi:10.1002/aenm.201700189)。
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  为了进一步鞭策钠离子电池的适用化历程,研究人员挑选了正在将来有辽阔运用远景的镍锰基二元正极质料停止体系研讨。现在这类正极质料凭据钠离子电池的含量和占位体式格局的差别,按晶体结构重要分为两类:钠离子占有三棱柱位点的P2型和钠离子占有八里体位点的O3型。P2型镍锰下层状正极质料正在电池事情时正在下电压地区会发作不可逆的P2-O2相变,从而使得质料正在电池轮回历程泛起构造坍塌,限定了其进一步运用。针对那一题目,化学所研究人员发明经由过程非活性镁搀杂可有用抑止P2-Na0.67Mn0.67Ni0.33O2正极质料的P2-O2相变,经由过程取中科院物理研究所的研究人员协作展现了镁搀杂质料的充放电历程为单相回响反映历程,从而进步了P2型电极质料正在充放电历程中的构造稳定性,明显改进了其轮回机能(Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 7445)。
 
  富钠的O3型正极质料因为下比容量、制备要领简朴、质料价格低廉等一系列上风更能知足将来低成本钠离子电池的需求,但这类质料面对着充放电历程相变庞大、氛围稳定性差的题目(J. Mater. Chem. A 2016, 4, 17660)。鉴于此,研讨团队对下比容量的O3型镍锰基二元正极质料睁开深切体系的研讨,经由过程和中科院物理所及美国布鲁克海文国度实验室研究人员协作,联合及时监测的原位X射线衍射、X射线吸取谱和原子标准的球差电镜表征手腕,发明经由过程Ti4+局部庖代Mn4+可有用抑止O3-NaNi0.5Mn0.5O2正极下电压地区(>3V)的多个相变(如图1所示),同时进步体相钠离子的扩散系数,大幅度进步了质料的少轮回机能及大电流密度下的倍率机能,相干研讨效果宣布正在近期Adv. Mater. (2017,doi:10.1002/adma.201700210)上。
 
  针对O3型层状正极质料正在氛围中自觉天背贫钠相改变的氛围稳定性差的题目,研究人员提出Cu/Ti共搀杂的构造优化战略(如图2所示)。经由过程公道天对NaNi0.5Mn0.5O2质料构成和构造停止调制,并联合密度泛函实际盘算模仿及质料构造-电化学实行证实,经由过程Cu/Ti共搀杂手艺得到的O3型NaNi0.45Cu0.05Mn0.4Ti0.1O2正极质料可胜利天抑止钠离子的自觉脱出和质料的氧化,明显提拔了质料袒露正在氛围中以至浸泡正在水中的构造稳定性和容量连结才能,低落了质料的贮存用度,有力增进了其现实运用,那也为将来设想下机能钠离子电池正极质料和质料构造优化供应了科学的指点(J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 8440)。

图1 O3型NaNi0.5Mn0.2Ti0.3O2正极质料的充电曲线取构造转变
 
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图2 经由Cu/Ti共搀杂调制的O3型NaNi0.45Cu0.05Mn0.4Ti0.1O2正极质料的构造取电化学机能
 

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