锌空气电池关键问题与发展趋势

电化学可充的锌-空气电池具有能量密度高、水系电解液安全和成本低等特点,是电能高效转换和储存的重要技术方向,无论作为动力电池用于纯电动汽车等移动交通工具,还是用于新能源发电过程储能,都具有广阔发展前景。但正极存在电极结构设计和催化剂开发问题,负极存在抑制枝晶、控制析氢和提高锌循环性能等挑战,严重阻碍了锌空气电池的商业化进程。本文详细分析了锌-空气电池的关键科学问题,尤其是关于空气电极的催化剂、电极结构、锌枝晶等问题,结合电池性能进行详尽讨论。归纳现有研究后认为:开发新型电催化剂和空气电极,发展循环寿命长、成本低的锌负极制造技术与工艺,是锌空气电池所面临的亟需解决问题和未来的发展趋势。

锌空气电池锌负极研究进展

在可再生能源发电和电动汽车技术领域,发展能量密度高、安全可靠、绿色无污染的锌空气电池具有重要社会经济价值。但锌空气电池负极存在的问题严重影响了电池的使用性。本文从析氢腐蚀、枝晶生长、电极形变和钝化4个方面介绍锌空气电池负极的研究状况,深入分析无机缓蚀剂、有机缓蚀剂和混合缓蚀剂对析氢腐蚀的抑制作用;讨论添加剂、隔膜和操作条件对枝晶形成与生长的影响;阐述电极形变的机理与常见的解决方法;简述锌负极钝化发生的原因和对电池性能的影响。研究结果表明,电化学可充的锌空气电池比一次锌空气电池更具有市场前景,进一步抑制析氢腐蚀仍是今后锌负极研究的重点,提高循环过程的容量与功率稳定性是满足实际应用的关键。

液流电池理论与技术——荷电状态的表征

电池实际可放出的瓦时容量与实际可放出的最大瓦时容量的比值定义为荷电状态,准确测定荷电状态对储能应用十分重要。本文从理论和应用角度,讨论全钒液流电池荷电状态的理论概念、工程定义和主要影响因素;提出2种确定最大瓦时容量的方法,其中实测法准确度更高,包含钒离子跨膜迁移、水分子扩散、负极电解液析氢和被氧化的信息,用于表征储能系统的荷电状态具有实际价值;阐述最大瓦时容量、电化学瓦时容量和理论瓦时容量的区别与联系。所提出的荷电状态确定方法,能够用于全钒液流电池SOC的估计。

液流电池理论与技术——电化学阻抗谱技术原理和应用

电化学阻抗测定技术是一种研究电极反应动力学和电化学体系中物质传递与电荷转移的有效方法,通过电化学阻抗数据所提供的信息,能够分析电极过程的特征,包括动力学极化、欧姆极化和浓差极化,为电化学过程设计、电极材料开发和电极结构研究提供基本依据。本文在介绍电化学阻抗谱技术原理的基础上,分别以液流电池、空气扩散电极过程为对象,阐述电化学阻抗谱中电荷转移、物质传递等过程以及多孔电极本身的电荷传递电阻等,并综述阻抗技术在设计电池结构、优化电极材料等方面的应用实例。

液流电池理论与技术——碳纤维增强型复合材料双极板研究

双极板作为液流电池的关键材料之一,起到连接电池内部不同单电池的正极和负极,导通电池内电路,阻隔双极板两侧电解液相互渗透的重要作用。根据双极板材料的不同,可以分为金属板、石墨板与复合材料板。复合材料板克服了金属板、石墨板的缺点,耐腐蚀性强,机械强度好,能够满足液流电池的需要。碳纤维具有良好的导电性、力学性能和化学稳定性,通过加入碳纤维来改善双极板的性能,成为了研究人员常用的方法。本文综述了近年来国内外主要的碳纤维增强型复合材料双极板的研究成果,对不同的方法进行了比较,并指出了碳纤维增强型复合材料双极板的发展趋势。