水系钠离子电池正极材料研究进展

近年来,随着新能源行业不断发展,金属锂储备锐减和价格攀升使得二次电池转向其他金属离子电池发展,钠离子电池凭借储备丰富、价格低廉等优势成为良好的替代品。围绕水系钠离子电池正极材料的研究广泛开展,主要的正极材料包括过渡金属氧化物、聚阴离子化合物以及普鲁士蓝类似物。本文总结介绍了不同材料的结构特征以及研究方向,并对水系钠离子电池正极材料的发展方向进行了展望。

水系钠离子电池负极材料NaTi_(2)(PO4)_(3)的研究进展

近年来,水系钠离子电池由于原材料储量丰富、安全可靠、环境友好等优势在电化学储能系统中引起了愈加广泛的关注与研究。在已报道的诸多水系钠离子电池负极材料中,具有超离子导体结构的NaTi_(2)(PO_(4))_(3)(NTP)成为最具代表性的负极材料。然而,由于NTP固有的本征电子导电性差与不可逆的“溶解-沉淀”行为阻碍了其进一步实际应用。本文综述了近几年来NTP及其复合材料作为负极材料在水系钠离子电池中的研究进展,总结了NTP改性的主要方法,包括表面修饰、尺寸形貌控制和掺杂取代,并对每种改性措施进行了详细论述。最后对NTP作为水系钠离子电池负极材料的应用前景进行了展望。

溶胶-凝胶法制备新型水系钠离子电池正极材料Na_(0.44)MnO_(2)及电化学性能研究

通过改进传统热干燥法,将冷冻干燥技术成功应用于溶胶-凝胶法中,制备新型水系钠离子电池正极材料Na_(0.44)MnO_(2),并对两种方法制备样品的结构、形貌以及电化学性能进行对比研究。X-射线衍射结果表明,通过冷冻干燥法和传统热干燥法制备出的正极材料Na_(0.44)MnO_(2)都有相同的晶体结构,样品衍射峰形尖锐,材料结晶度高。扫描电镜结果表明,与热干燥样品相比,冷冻干燥法合成的样品呈棒状结构,大小更均匀,团聚程度很低。透射电镜结果表明,冷冻干燥法制备的样品为结构规整的长方体棒状结构,大小为400 nm左右。在电化学性能方面,冷冻干燥法制备的正极材料Na_(0.44)MnO_(2)表现出更为满意的结果,其电化学活性更高,倍率性能和循环性能更优异,并且可逆性好。

水系钠离子电池的现状及展望

水系钠离子电池具有高安全、无污染、低成本和长寿命等特点,能够满足大规模储能系统的要求,作为可再生能源(光能和风能等)开发利用和智能电网构建的关键技术之一,对其的研究与产业化越来越受到关注。本文对水系钠离子电池的发展历程、原理、材料体系与产业化现状等方面进行综述,同时也简略地介绍国内外的示范和应用实例,并指出未来关键技术与产业化发展的方向。水系钠离子电池经过近年来的快速发展,已经开发出一系列具备高比容量和高循环稳定性的正负极电极材料;通过对电池体系的设计与优化,在提高能量密度和降低制造成本上也取得了成果,其产业化已经初具规模。虽然该电池技术的研发和产业化时间还很短,还面临诸多挑战,但已经在实际应用中取得了良好的结果,表现出强大的应用潜力。

水系钠离子电池正极材料及电解液研究进展

水系钠离子电池是一种成本低、安全性高和环境友好的新一代电化学储能装置。但其较窄的电化学稳定窗口(<1.5 V)和较低的能量密度限制了其发展。因此,水系电池的研究重点应致力于拓宽水溶液电解质的稳定窗口,并寻找出更高容量的新型电极材料。综述了近年来国内外水系钠离子电极材料如聚阴离子化合物、过渡金属氧化物和普鲁士蓝类似物的研究进展,也对水系钠离子电池用电解液的研究工作做了总结,讨论了水系钠离子电池未来挑战和发展前景。

水系钠离子电池普鲁士蓝正极材料的制备与电化学性能研究

普鲁士蓝(PB)是一种金属有机骨架配合物,作为正极材料在水系钠离子电池中有广泛的应用前景。本文采用单一源法制备PB,系统研究了反应温度、反应时间以及盐酸浓度对PB形貌结构和电化学性能的影响。研究结果表明,升高反应温度能提高PB结晶性和循环稳定性,以80℃合成的PB为正极材料组装的电池在100圈充放电循环后容量保持率为93.9%。延长反应时间可以使PB粒径增大,但是反应时间超过6 h后PB粒径基本保持不变。延长反应时间有利于提高循环性能, 10 h所合成PB组装的电池在100圈充放电循环后容量保持率可以达到90%。提高盐酸浓度会改变PB的表面形貌,同时改善电化学性能。盐酸浓度为0.20mol/L时,所得PB组装的电池经过100个循环后,比容量仍有67.5 mAh/g。本研究可以为制备高性能PB基水系钠离子电池提供理论和实验指导。

高质量水系钠离子电池正极Fe4[Fe（CN）6]3的合成及其电化学性能

采用水热法合成高质量的Fe4[Fe(CN)6]3(HQ-FeHCF)纳米材料,并对材料进行X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM)和热重分析测试(TGA)等表征。结果表明:Fe4[Fe(CN)6]3呈规则立方体,颗粒大小约500 nm,属面心立方结构。Fe4[Fe(CN)6]3在NaClO4 H2O聚乙二醇电解液中1C、2C、5C、10C、20C、30C和40C的容量分别为124、118、105、94、83、74和64 mAh g 1,表现出优异的倍率性能;以5C倍率循环500次,容量保持率接近100%,表现出极佳的循环稳定性。以Fe4[Fe(CN)6]3和磷酸钛钠分别为正负极的全电池工作电压高达1.9 V,能量密度可达126 Wh kg 1;以5C倍率恒流充放电测试140次后全电池容量保持率为92%,且库伦效率始终接近100%。

非水系钠离子电池的电解质研究进展

钠离子电池具有钠资源丰富、成本低等优势,是一种很有前景的储能电池体系。目前,国内外研究者们已开发出多种可行的钠离子电池正负极材料。钠离子电池电解质作为正负极材料参与氧化还原反应的媒介,其氧化还原窗口、钠离子的迁移和扩散、钠离子的溶剂化结构、钠离子与阴离子或溶剂之间的耦合关联作用等性质,是决定电极材料界面性质的关键因素。因而,钠离子电池电解质对钠离子电池体系的热力学和动力学性质具有重要的影响,如电极材料的结构稳定性、固态电解质膜(SEI)的组成和结构、电池的倍率性能、循环稳定性和热稳定性等。本文总结了有关非水系钠离子电池电解质的研究进展,包括液体电解液和固态电解质等,讨论了不同类型电解质的物理化学性质及其在钠离子电池中的应用。当前,钠离子电池液态和固态电解质仍存在电导率低、电化学窗口窄、SEI膜稳定性较差等问题。开发新型、低成本、高性能的钠离子电池电解质对钠离子电池的商业化应用至关重要。

硫酸盐功能电解液增强水系钠离子电池NaTi_(2)(PO_(4))_(3)/C负极材料电化学性能的研究

水系钠离子电池具有钠资源丰富、成本低廉、安全可靠、维护简单等特点,在可再生能源规模储存领域具有重要应用前景。NASICON型NaTi_(2)(PO_(4))_(3)具有可逆容量高、工作电位低、离子传输快等优点,是目前最受关注的水系钠离子电池负极材料。但是,该材料在传统的水系电解液中结构不稳定,循环性能不足。本论文通过调控Na_(2)SO_(4)浓度和引入MgSO_(4)添加剂,构建了一种新型硫酸盐功能电解液(2 mol·L^(-1) Na_(2)SO_(4)+0.3 mol·L^(-1) MgSO_(4))。该电解液能够显著增强NaTi_(2)(PO_(4))_(3)/C材料在充放电循环过程中的结构稳定性,从而提高其电化学可逆性和稳定性。电化学测试表明,NaTi_(2)(PO_(4))_(3)/C基于该电解液在100 mA·g^(-1)条件下的可逆容量为93.4 mAh·g^(-1),循环100次后容量保持率高达96.5%;基于该电解液构建的Na_(2)Ni[Fe(CN)6]|NaTi_(2)(PO_(4))_(3)/C电池可以稳定循环500次以上。本论文结合XRD、XPS等技术讨论分析了该电解液的功能作用机制,其研究结果为设计低成本高性能水系钠离子电池提供了新思路和实验基础。

水系钠离子电池Na_(0.44)MnO_(2)正极的制备及性能研究

Na_(0.44)MnO_(2)具有开放的框架和特殊的三维隧道结构,是一类理想的水系钠离子电池正极材料。分别以C_(4)H_(6)MnO_(4)·4 H_(2)O、MnCO_(3)、50%Mn(NO_(3))_(2)溶液为锰源制备了Na_(0.44)MnO_(2)电极材料,并结合X射线衍射、扫描电镜、比表面分析和电化学测试技术研究了Na_(0.44)MnO_(2)的形貌、结构及储钠性能。结果显示:当采用碳酸锰作为锰源时,所得Na_(0.44)MnO_(2)为结晶良好、形貌均一的纳米棒,直径约为200~400 nm,且具有较大的比表面积(1.862 m^(2)/g),这将有助于促进Na+和电子在相界面之间的传递和转移,从而提高Na_(0.44)MnO_(2)的储钠性能。Na_(0.44)MnO_(2)在6 mol/L NaOH水溶液中的放电比容量达到64.4 mAh/g,循环1000次之后容量保持率高达82%。本工作可为Na_(0.44)MnO_(2)正极的规模制备及其在水系钠离子电池中的应用研究提供基础数据。

水系钠离子电池电极材料研究进展

随着太阳能、风能等可再生能源发电并网普及应用和智能电网建设,储能技术成为能源优化利用的核心技术之一。水系钠离子电池具有资源丰富、价格低廉等优势,作为未来电网储能的重要选择而成为近年来电化学储能技术前沿的研究热点。由于受到水的热力学电化学窗口限制及嵌钠反应的特殊性(例如溶液的p H值、氧的溶解等),以及容量、电化学电位、适应性及催化效应等重点。本文简的最新研究进等,电极材料选简要概括了水系进展进行了总结选择面临挑战系钠离子电池的结,并概括了将,进而影响水的特点,并对氧将来的发展方向水系钠离子电池氧化物、聚阴离向,为推动水系池的应用。因此离子化合物、普系钠离子电池的此,电极材料成普鲁士蓝类似物的发展和能源优成为水系钠离子物和有机物等优化研究奠定了子电池的研究电极材料体系了基础。

水系钠离子二次电池材料制备实验设计

为了适应应用型人才培养的要求,提出了基于课题型的研究型实验教学新模式。设计了水系钠离子二次电池制备的研究型实验项目。该实验内容丰富,涵盖材料合成、结构表征、和膏、极片制备、扣式电池装配和电化学性能测试等知识点,实验原理具有典型性,实验过程覆盖面较广,实验可操作性强,具有显著的研究性实验特征,可以使学生深入了解二次电池的材料制备与表征、电池装配、性能测试及数据处理方法等知识。对培养学生的应用能力、创新意识和科研素养具有很好的促进作用。

有机电极材料在水性钠离子电池上的研究进展

水系钠离子电池由于钠资源储量丰富、环境友好等优点已经引起了研究者的广泛关注和研究。在材料发展的背景下,有机电极材料表现出质量轻、钠离子传输快、比容量高和环境友好等优势,与无机材料相比有很强的竞争力。通过概述有机电极的分类及储能机理,总结了有机电极在水系钠离子电池应用上的最新进展,并进一步讨论了其在实际应用中面临的挑战和解决策略以及未来的发展前景。

水系钠离子电池的研究进展及实用化挑战

水系钠离子电池因其安全性高、成本低、环境友好等突出优势近些年来受到了广泛而深入的研究,在取得巨大进展的同时也逐步开始了产业化进程.但是与有机体系二次电池相比,水系钠离子电池仍然极大地受限于电解液较窄的电化学稳定窗口和电极材料较差的循环稳定性.迄今为止,如何解决上述问题依然是这一领域发展的关键.本综述主要概述了水系钠离子电池电极材料、电解液以及集流体的最新进展,分析了开发高性能水系钠离子电池的挑战和可能的解决策略,并进一步讨论了水系钠离子电池的发展前景.

水系钠离子全电池的制备及性能研究

水系钠离子电池具有安全、环境友好及成本低的优点,是下一代储能装置的发展方向之一。通过制备和表征碳纳米管复合的Na_(3)V_(2)(PO_(4))_(3)和NaTi_(2)(PO_(4))_(3)两种材料,并作为正极和负极组装了水系钠离子全电池。对全电池进行充放电及循环性能测试,重点分析了循环衰减变化规律。循环寿命分析结果表明,电池衰减在两个不同循环区间内分别符合线性衰减规律,为水系电池寿命预测提供了理论基础。

铁氰化镍正极材料在天然海水中的储钠研究

水系钠离子电池因为拥有安全性高、环境友好且造价成本低等特点受到广泛关注,被认为是一类极具发展潜力的新型储能体系。鉴于此,本研究使用简单的液相共沉淀法制备典型的普鲁士蓝类似物–铁氰化镍作为储钠活性材料,系统研究铁氰化镍在天然海水和0.5 mol/L氯化钠溶液中的电化学性能,阐明廉价天然海水作为水系钠离子电池电解液的可能性,进一步降低水系钠离子电池的成本,提高其应用价值。

高稳定性NaTi_2(PO_4)_3/C复合材料的制备与表征

通过固相法合成了具有典型NASICON结构的NaTi_2(PO_4)_3/C复合材料,碳质量分数为5%。以该材料为负极,以制备的λ-MnO_2为正极,在1 mol/L的Na_2SO_4水溶液中测试了NaTi_2(PO_4)_3/C复合材料的电化学性能。结果表明:在0.1C下该材料的比容量达到82 mAh/g;在1.5C下初始比容量达到54 mAh/g,500次循环后为48 mAh/g,容量保持率为88.9%。NaTi_2(PO_4)_3/C材料具有优良的循环性能和倍率特性,且材料的制备工艺简单,绿色环保,作为水系钠离子电池的负极具有较好的应用前景。

普鲁士蓝材料在凝胶电解质中的性能研究

普鲁士蓝类似物(PBA)是一种金属-有机骨架复合物,作为水系钠离子电池的正极材料受到广泛关注,然而比容量低,循环寿命短等问题严重限制了PBA的进一步应用。采用锰、镍元素共掺杂提升PBA的电化学性能,研究发现锰的添加可提供化合价变化,提高材料的比容量;镍的添加可稳定晶体结构从而在一定程度上改善循环稳定性。PBA在水系电解液中易于溶解会导致比容量快速降低,进一步制备了一种钠离子凝胶态电解质,将掺杂后的PBA与之组装成电池并测试了其电化学性能。结果表明凝胶态电解质可有效抑制PBA的溶解,初始比容量达到118 mAh/g,经过450次循环后,放电比容量仍保持114.3 mAh/g,容量保持率达90%。