拉曼光谱测试技术在可充电铝离子电池储能机理的研究进展

拉曼光谱是一种无损的分析技术,可以提供样品化学结构和分子相互作用的详细信息。由光谱学方法与常规电化学方法相结合产生的电化学原位光谱是一种动态探测电极材料结构和相组成的强大技术,能够方便地提供电极界面分子的微观结构信息,这使得其在储能领域中有广阔的应用前景。拉曼光谱能够有效地原位表征可充电铝离子电池氯化铝基电解液中络合离子、不同正极材料在充放电过程中的变化规律。结合X射线衍射技术(XRD)或X射线光电子能谱技术(XPS)等表征技术,拉曼光谱能够有效地揭示可充电铝离子电池的储能机理,包括对电池电解液和电极材料的研究以及电极表面反应的原位监测,对电池材料和界面结构性质的研究可以为电池材料和微观结构的优化设计提供指导,对电极表面反应的原位监测,有助于对电极界面反应的机理进行深入的研究,从而指导正极材料结构改进,促进可充电铝离子电池的发展。

碳电极浆料作为阴极材料的快速充放电铝离子电池

[EMIM]Cl基铝离子电池是一种具有前景的储能器件。由于其能量密度高、价格低廉、安全性高等特点有望成为下一代储能体系。本工作介绍了一种原本用于钙钛矿太阳能电池丝网印刷技术的可高倍率充放电的低温导电碳电极浆料,可在1000 mA/g的电流密度下,实现快速充放电,比容量保持在75 mAh/g左右,其充电倍率可达12 C。通过光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及比表面积分析等表征手段,对低温导电碳电极浆料、天然石墨片以及石墨烯作为阴极材料所组装的铝离子电池的性能进行了比较和分析,发现快速充放电主要是由于其特殊的表面形貌以及较大的比表面积所导致的。通过X射线衍射等测试也可证明低温导电碳电极浆料作为阴极材料的比容量高于其他阴极材料。实现了高充放电电流密度的铝离子电池。

铝离子电池电解质研究进展

铝离子电池因其原材料成本低,金属铝负极理论容量高,以及整个电池体系的高安全性而被认为是“后锂时代”储能系统的有力候选者。目前,铝离子电池的研究更多集中在正极材料方面,然而电解质作为电池的重要组成部分,无论在液态还是固态铝离子电池中,对电池的电化学性能及安全性都具有关键性作用。近年来,有关铝离子电池电解质的研究报道迅速增加。基于此,文中综述了铝离子电池电解质的研究进展,主要包括水系电解质和非水系离子液体、无机熔盐、凝胶聚合物电解质,并探讨了不同电解质体系在电化学窗口、稳定性、工作温度条件、离子电导率和成本等方面的优势与局限性,对未来的发展方向作出了展望。

镁和铝离子电池负极材料Nb_(2)N的第一性原理研究

高性能二维负极材料的开发是可充电离子电池应用的关键。本文基于第一性原理计算,系统研究了Mg和Al离子与二维Nb_(2)N的相互作用,包括其几何构型、电子结构、离子扩散特性、开路电压和理论容量。Mg和Al离子均能吸附在二维Nb_(2)N上,吸附能为负,表明金属与二维Nb_(2)N有较强的结合作用,有利于在可充电离子电池中的应用。二维Nb_(2)N的金属性能保证了离子电池良好的导电性。两种离子的扩散势垒均小于0.2 eV,说明其具有良好的充放电速率。此外,镁离子和铝离子电池均具有比较低的开路电压和高的理论容量。这些结果表明,二维Nb_(2)N适合作为高性能的负极材料而应用于镁离子和铝离子电池。

低成本铝离子电池电解液的设计及应用

可充电铝离子电池由于高体积/质量比容量、高安全性、环保等优点被认为是非常具有前景的下一代储能电池。然而广泛使用的AlCl_(3)/EMImCl离子液体电解液由于具有一定毒性和高昂的价格制约着铝离子电池的进一步应用。基于此,通过效率和稳定性测试筛选四种不同的低成本尿素基配体,选择了性能最好的AlC_(l3)/1,3-二甲基脲作为铝离子电池的电解液。最后以人造石墨作为正极组装了全电池。该电池在50 mA·g^(-1)的电流密度下实现了91.1 mAh·g^(-1)的高比容量,并能够稳定循环超过100圈,容量保持率高达95.8%。

铝离子电池研究进展

铝元素在地壳中的储量丰富,来源广泛,并且金属铝的安全性高,在离子电池领域中具有广阔的应用前景.尽管铝金属在离子电池中具有如此诱人的优势,但铝离子电池的能量密度、稳定性以及所使用的电解液安全性和成本依然制约其发展.对铝离子电池的最新工作进行梳理、分析和总结,并进一步探讨其作为新型储能体系的机遇和挑战.主要从正极材料、电解液及铝金属负极3个方面对近期的铝离子电池相关工作进行了总结,为开展高能量密度、高稳定性铝离子电池的研究奠定基础.

碳基材料在铝离子电池中的研究进展

碳基材料因具有资源丰富及结构多样性等优点,作为铝离子电池(AIBs)正极材料得到广泛的应用。本文总结了碳基材料在铝离子电池应用领域所发挥的重要作用,综述了碳材料作为铝离子电极材料的作用机理和研究进展,着重阐述了调控材料结构来提高电池电化学性能。在碳正极材料方面,主要概述了正极材料(石墨、石墨烯和碳纳米管)的各种形貌结构对电化学性能的影响。最后,对于碳基材料在铝离子电池领域需要解决的问题进行了探讨,以期提高铝离子电池的应用性能。

新型铝离子电池正极材料MoS_2的制备及其电化学性能

以钼酸钠和硫代乙酰胺为原料,水为溶剂,采用水热法制备出具有优异电化学性能的花瓣状MoS_2纳米结构。研究了制备过程中反应温度、时间对产物形貌及电化学性能的影响。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对产物的微观结构和形貌进行了表征,并对其电化学性能及反应过程机理进行了研究。结果表明:在水热温度为200℃,反应时间为28h条件下,所制备产物的结晶性最好,组成花瓣状的片层结构堆垛最为有序;以该花瓣状MoS_2作为铝离子电池正极材料,在充放电电流密度为10 mA·g^(-1)时,首次放电容量达到127.8mA·h·g^(-1),循环80圈后,其放电容量依然保持在44.4mA·h·g^(-1),上述结果表明,所制备产物具有优异的电化学性能和良好的循环稳定性。

铝离子电池离子液体电解液的电化学特性研究

离子液体电解液Al Cl4-具有良好的物理性质和电化学性质。采用离子液体Al Cl4-作为铝离子电池电解液,研究了不同比例Al Cl3与C6H11Cl N2对正负极材料的表面特性和电化学性能的影响。通过X射线衍射(XRD)、拉曼光谱仪、充放电测试、倍率特性测试、循环性能测试分析该离子液体的晶体结构、化学位移和电化学性能。其中Al Cl3/C6H11Cl N2=1.3时,铝离子电池的充放电比容量分别为91.67和91.60 m Ah/g,其5 C容量保持率是1 C的68%,循环100次后容量保持率为94.51%。

铝离子电池正极材料的电化学特性研究

采用鳞片石墨粉作为铝离子电池正极材料,其不同粒度大小对正极材料的表面特性和电化学性能都有影响。通过X射线衍射、X射线光电子能谱、充放电测试、倍率特性测试和循环性能测试分析该正极材料的晶体结构、化学价态和电化学性能。结果表明:铝离子电池正极材料鳞片石墨粉为良好的层状结构,P63/mc空间群,六方晶系。其中鳞片石墨粉325目(粒度45μm)在1C倍率下的充放电比容量分别为104.76和104.46mAh/g,其5C倍率较1C倍率的容量保持率为71.4%,循环100次后容量保持率为95.19%,因此其充放电比容量、倍率性能、循环性能等电化学性能较佳。

铝离子电池电解液的研究进展

得益于铝负极的高质量/体积能量密度、低成本与高安全性,可充铝离子电池成为极具前景的下一代储能电池体系。铝离子电池主要是基于铝负极、正极材料及1-乙基-3-甲基咪唑氯化物([EMIm]Cl)基的离子液体电解液。目前,储铝正极材料的性能优化已取得了系列进展,但铝离子电池的实际应用受到了[EMIm]Cl基电解液的高成本、腐蚀性、湿度敏感、不稳定界面等问题的限制。本文总结了近期铝离子电池电解液的相关研究工作,并详细介绍了提高铝离子电池电解液实用化的解决方案。从降低成本的角度,探究低成本的离子液体电解液或者采用低温熔融盐体系,并对其进行改性优化;从化学稳定性角度,主要是开发新型的电解液体系,如凝胶态聚合物和全固态电解质,旨在利用固态基质屏蔽保护离子液体。发展低成本与化学/电化学稳定的铝沉积溶解电解液是目前铝离子电池领域的研究热点与难点,本文对不同电解液的改性方案与存在问题进行全面的分析与讨论,并对铝离子电池电解液的未来发展进行了展望。

铝离子电池正极材料的研究进展

Al价格低廉且储量在地壳中储量较为丰富,体积比容量最高,电化学当量和质量比容量分别略高于和低于Li。因此,铝离子电池具有非常广阔的发展前景。然而,铝离子电池正极材料尚存在着一些问题:循环稳定性强但放电比容量低或放电比容量高但容量衰减严重。此外,充放电反应机理上也存在分歧,这些问题的存在限制了高能量密度铝离子电池的进一步发展。结合前人相关研究,总结了铝离子电池正极材料的研究现状和优化方法,并对相关问题进行了分析与展望。

铝离子电池正极材料的研究进展与展望

铝离子电池是一种以金属铝为负极,铝基离子液体为电解质的新型电化学储能器件,具有负极容量高,安全性好及成本低等优点。而目前铝离子电池的发展主要受限于其正极性能,如容量低,循环性差等,这限制了其进一步发展和未来的实际应用。因此寻找合适的铝离子电池正极材料,特别是性能相对突出的正极材料,是目前铝电池研究方向的重中之重。本文综述了近年来铝电池正极材料的研究进展和相关优化方法。最后,对未来铝离子电池正极材料的发展提出展望。

铝离子电池隔膜的研究

隔膜是铝离子电池的重要组成部件,对铝离子电池的能量密度、循环性能、倍率性能、内阻等关键性指标均起着直接决定和综合影响的作用。目前还没有对铝离子电池的隔膜进行过研究,以评估哪种隔膜适用于铝电池。在文献中报道的电化学试验主要是用玻璃纤维隔膜。本实验将研究已经商业化生产的改性聚丙烯和纤维素用作铝离子电池隔膜时,与传统使用的玻璃纤维隔膜的差异。三种隔膜与AlCl3/Et3NHCl离子液体电解液浸润性良好,在100mAg^-1的电流密度下,玻璃纤维、纤维素与改性聚丙烯隔膜的容量分别为96、73和66mAhg^-1,具有很好的循环稳定性和倍率性能。

“自上而下”方法制备少层石墨用作高容量铝离子电池正极

采用“自上而下”方法制备了具有少片层、小尺寸特征且晶型结构完美的石墨材料,通过增加离子嵌入位点的方式,突破传统石墨作为正极材料的固有容量限制,提升铝离子电池的电化学储能性能。扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等测试结果表明,该方法可以在不破坏石墨材料本身结构的前提下,有效实现对石墨片层的剥离,并且可以通过调节球磨时间的方式实现对石墨片层厚度和尺寸的调控。电化学测试结果表明,在3C的大电流密度下,以剥离的石墨材料为正极的铝离子电池放电容量可以达到93 mAh·g^-1,在10C的高倍率下,放电容量仍保持在68 mAh·g^-1,并显示出优异的循环性能。另外,该方法制备工艺简单、成本低廉,为促进高容量、长寿命铝离子电池的商业化应用打下了良好的基础。

镍钴铝锂离子电池在不同SOC区间的老化

为了探明SOC循环区间对电池老化的影响,采用镍钴铝锂离子电池为研究对象,通过循环老化与性能测试实验探究电池在不同的单SOC循环区间上的容量衰退与内阻增长的规律,采用差分电压法分析电池的老化机理.结合贝叶斯优化和长短期记忆网络,建立电池老化预测模型.根据电池在不同的变SOC循环区间工况上的实验结果,分析前、后2个SOC区间的变化方式以及SOC区间的循环顺序对电池容量衰退规律的影响.结果表明,在SOC循环区间不变时,区间的宽度越大电池的老化速度越快,可循环锂离子损失是导致电池老化的主要原因,所建立的容量衰退预测模型具有较高的精度.在SOC循环区间发生改变后电池的老化规律在短期内会发生明显的变化,当电池按照不同的SOC循环区间顺序老化时,即使在2个区间上经历相同的循环次数,电池的老化程度也不同.

水系铝离子电池的研究进展与挑战

金属铝具有极高的理论质量比容量和体积比容量,且丰度高、成本低。水系电解液由于具有离子电导率高、低易燃性等优点而被广泛应用于多种金属离子电池中。在过去的几年中,水系铝离子电池已经取得了快速进展。介绍了金属铝负极的优化,电解质的选择和电极材料的研究进展,并讨论了存在的挑战和可能的解决策略。

铝离子电池中过渡金属硫族化合物正极材料

作为铝离子电池(AIBs)的正极材料,过渡金属硫族化合物(MX_(2)(X=S、Se、Te))具有理论比容量较高和电负性较低等优点,在铝离子电池应用领域极具发展前景。本文以提高过渡金属硫族化合物的储铝性能为目的,综述了过渡金属硫族化合物(MX_(2)(X=S、Se、Te))的储铝机理及其电化学性能的关系,并针对目前过渡金属硫族化合物存在的问题,总结研究者们提出的相应解决方案并归纳此类材料的主要改性技术手段。最后,对过渡金属硫族化合物正极材料的发展方向进行展望,并探讨改善其整体电化学性能的可行策略。

非水系铝离子电池硫族及其化合物正极材料研究进展

硫族及其化合物由于具有较低的电负性、较高的比容量,成为非常有发展潜力的铝离子电池正极材料。从硫族及其化合物正极材料的电化学储能机制方面出发,介绍了其与电化学性能之间的关系,阐明了硫族及其化合物正极材料存在的主要问题,归纳了研究工作者们的主要改性优化思路,最后对硫族及其化合物正极材料未来发展方向进行了展望。

锂离子铝壳电池模组焊丝末端智能监测系统研究

针对锂离子铝壳电池模组在冷金属过渡焊接过程中因焊丝卡丝、断丝现象造成的模组漏焊、报废问题,设计一种焊丝末端自动监测、智能控制系统。通过在焊机送丝柜加装焊丝监测传感器,实时监测并上传焊丝状态,控制系统针对监测的焊丝状态控制焊接系统执行模组焊接工作,实现模组在焊接过程中焊丝状态的自动监测、焊接状态的智能控制,保证模组生产稳定可靠,提高模组焊接的一次合格率。采用该焊丝状态自动监测、智能控制方案,能够有效降低锂离子电池模组在生产过程中因焊丝卡丝、断丝造成的模组焊接质量问题,提升模组焊接质量,降低设备平均故障间隔时间(MTBF),提升设备综合效率(OEE),具有较强的经济实用意义。