锌电池中钴基正极材料的应用现状与挑战

受益于丰富的矿产资源、超高的理论容量和卓越的安全性,水系锌电池成为下一代储能设备的有力竞争者。作为锌电池理想的正极材料候选者,近年来钴基电极材料因其高输出电压、高理论容量和优异的氧化还原能力(Co^(2+)←→Co^(3+)←→Co^(4+))而受到越来越多的关注。虽然研究者对应用于锌空气电池的钴基催化剂进行了文献综述,但是主要集中在单一催化方向,缺乏关于钴基电极材料多功能特性的系统总结。本文介绍了钴基正极材料在锌电池中的多功能特性,结合其氧化还原和氧催化两方面能力,从锌钴电池拓展到复合锌钴电池体系。然后,从两种电池体系中的充放电机理出发,详细介绍了当前锌钴电池中钴基材料的优化策略,以及复合锌钴电池中电极/电解液三相界面的设计方案。最后,本文介绍了当前研究的不足,并对未来研究方向进行了展望。

碱性锌电池负极优化策略的研究进展:添加剂与表面涂层

碱性锌电池在电化学储能领域占有非常重要的位置。然而,作为碱性锌电池中最为重要的组件之一,锌电极的发展仍然面临一系列问题和挑战,严重影响碱性锌电池的容量和循环寿命。首先介绍了碱性锌电极的工作原理,并对其存在的问题(如析氢腐蚀、表面钝化、枝晶生长等)以及产生的机理进行了深入分析。针对碱性锌电池目前存在的问题,重点综述了应用添加剂和表面涂层策略优化碱性锌电极的研究进展,指出了这2种策略的优点、尚存问题与发展趋势。最后,提出了碱性锌电极未来的研究重点和主攻方向,以期为碱性锌电池负极的研究开发提供重要参考。

水系锌电池正极材料研究进展

水系锌电池(ZIBs)因其安全环保、锌资源丰富、理论容量高、价格低廉等特点,在储能等领域具有良好的研究价值及前景。从影响ZIBs性能的因素出发,综述了ZIBs的结构特点及其正极材料所取得的重要研究进展,包括金属氧化物、普鲁士蓝类似物、聚阴离子化合物、有机材料、金属硫化物等材料,并对ZIBs各类正极材料的优缺点进行了分析讨论,对未来ZIBs的发展方向进行了进一步的展望。

镍锌电池特性及储能技术的分析与研究

针对镍锌电池相比铅酸电池具有的技术优势,分析了不同种类镍锌电池的性能特点和用途,指出铅酸电池、液流电池、钠硫电池、锂离子电池、水系金属离子电池、超级电容及混合电容具有的技术优势和缺点,并对镍锌电池储能技术特性进行了论述。通过分析容量特性、内阻特性、温度特性、开路电压、充电效率及能量效率,对镍锌电池SOC进行了估算;通过容量修正算法,实现电池放电过程中温度、放电倍率、放电循环次数的修正,使得电池在恒流放电工况中具有良好的应用效果。研究为镍锌电池在储能系统中的应用提供了理论基础。

水系锌电池Se@Zn负极的制备及性能

采用原位化学反应策略,在Zn电极表面生长出Se单质,通过XRD、XPS、SEM和能谱表征,结果表明Se在Zn电极表面的成功合成,且Se在锌电极表面均匀分布。将Se@Zn电极和裸Zn电极分别组装为对称电池和以MnO2为正极的全电池进行性能比较,结果表明,Se@Zn对称电池在1 mA/cm^(2)下可以运行1000小时以上,并保持27mV的极化电压。Se@Zn||MnO_(2)全电池在2A/g电流密度下容量为136mA·h/g,在1000次循环后,Se@Zn||MnO_(2)全电池仍接有近100%的库仑效率,容量保持率为88%。

“Zn_xNbS_3”多晶材料的结构、导电性能及其锌电池

Ｚｎ、Ｎｂ、Ｓ为原料，在１０２５℃，４．０×１０９Ｐａ高压下进行固相反应，生成物“ＺｎｘＮｂＳ３”为ＮｂＳ３和ＺｎＳ的多晶混合物。ＮｂＳ３属单斜晶系，ＺｎＳ属六方晶系。研究分散的ＺｎＳ第二相粒子对“ＺｎｘＮｂＳ３”电导性能影响。混合相导电激活能下降，离子电导率增大。以“ＺｎｘＮｂＳ３”混合相为阴极主要成分组装了Ｚｎ固态电池，电池性能比以ＮｂＳ３为阴极主要成分的Ｚｎ固态电池有所提高。

可充锌电池电解(质)液调控策略

高安全、低成本、长寿命的大规模储能新技术的突破事关未来能源结构调整以及智能电网建设。可充锌电池由于其安全性高、环境友好、成本低等优势而成为将来储能系统的重要选择。然而,常规水系电解液的应用通常导致正极活性物质溶解、水溶剂分解、锌负极腐蚀、枝晶等问题。因此,本文对水系电解质(液)体系导致的问题及相应的调控方案进行了讨论与总结。主要从电解质(液)改性角度分析了通过调控组成成分、浓度、添加剂等变量以达到改变自由水含量和锌离子溶剂化结构的目的。另外,对可充电锌电池这一新兴技术实现应用所面临的挑战进行了总结与展望。

晶格空位ZnO纳米棒的制备及其在镍锌电池中的应用

作为绿色、高功率密度的二次电池,镍锌电池的应用往往受限于负极材料性能的不足。本工作以乌洛托品(HMT)为模板剂,通过溶胶-凝胶法合成与热退火处理制备了高性能ZnO纳米棒。透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和红外光谱(FT-IR)数据分别揭示了ZnO纳米棒的微观形貌、晶型结构和表面官能团。X射线光电子能谱(XPS)和电子顺磁共振(EPR)结果表明ZnO纳米棒中存在表层碳和晶格空位。Tafel曲线和电化学阻抗等测试表明:与ZnO商品相比, ZnO纳米棒电极的腐蚀电流和电荷转移电阻分别降低了40%和62%。进一步研究发现, ZnO纳米棒构筑的镍锌电池具有更好的循环性能,在1 A·g–1下循环100圈后, ZnO纳米棒的容量保持率为92%,显著优于市售的ZnO粉末(32%)。

火焰原子吸收光谱法测定银锌电池化成液中铬

应用了空气—乙炔火焰原子吸收光谱法测定航天空间卫星电源系统银锌电池化成液中铬含量 ,并对方法的测定条件及光谱干扰与化学干扰因素进行了综合考虑。该测定方法具有很好的灵敏度、很好的选择性和很好的重现性。测定银锌电池化成液样品中铬含量的相对标准偏差小于 1.5 % (n =10 )。标准加入回收率在97.0 0 %～ 10 2 .0 0 % (n =6 )范围内。由于测定得到很高的精确度和准确度 ,完全适用于航天空间卫星电源系统银锌电池化成液中铬含量的控制和样品系统分析。

银锌电池化成液微量铜铁的测定方法

文章提出并运用了空气—乙炔火焰原子吸收光谱法测定航天空间卫星电源系统银锌电池化成液微量铜铁 ,并对测定条件和干扰因素进行了综合考虑。该测定方法具有很好的灵敏度 ,选择性和重现性好 ,干扰少等优点。测定样品微量铜铁相对标准偏差小于 1.0 % (n =10 )。标准加入回收率在 97.0 0 %～ 10 2 .0 0 % (n =5 )范围内。方法的精确度和准确度完全适用于航天空间卫星电源系统银锌电池化成液微量铜铁的控制和样品系统分析。

碱性二次锌电池电解液添加剂研究进展

电解液添加剂是改善碱性二次锌电池中锌电极性能的重要手段,本文总结了添加剂在抑制锌电极的枝晶、变形、腐蚀及钝化等方面所起的作用,综述了各种无机和有机添加剂的研究进展,对已研究的有机添加剂进行了详细分类。

氯化锌电池的密封及检测

本文实验数证据实电池的密封是解决氯化锌型纸板电池贮存性能的关键。然后论述了国内外为解决电池密封而提出的各种密封结构和密封剂。最后介绍了二种国内外测试电池密封程度的仪器和方法。

纤维材料在柔性可穿戴锌电池中的应用进展

为促进安全、低成本锌离子电池在柔性储能装置中的应用,以纤维材料基锌离子电池为研究对象,首先明晰了充放电过程中锌负极氧化反应及过渡金属氧化物或氧正极还原反应机制;其次探索了碳纤维、碳纳米纤维、碳纳米管纱线、金属纤维以及其他无机纤维等纤维材料,在柔性锌电池正极、负极和电解质等领域的应用研究现状,分析并类比了不同制备工艺、微结构、改性方式等对纤维基柔性电池电化学特性的调控效果,明确了影响其性能优劣的主要参数;最后提出纤维材料的结构有序化设计对于提升电池电化学性能具有显著效果,强调了天然纤维基电极材料广阔的发展前景。研究对于加速智能服装的产业化应用,助力“碳达峰、碳中和”愿景的早日实现具有积极的推动意义。

Ti_(3)C_(2)T_(x)/MnO_(2)正极在水系锌电池中的电化学性能

二氧化锰(MnO_(2))材料具有比容量大、电极电位高、储量丰富以及价格低廉等优势,成为水系锌电池正极最受关注的一类材料,然而其仍然存在着结构稳定性差和电化学储存机理复杂的问题。因此,我们通过两步合成法制备了一种花苞状结构的MnO_(2)负载在Ti_(3)C_(2)T_(x)表面形成Ti_(3)C_(2)T_(x)/MnO_(2)复合材料,通过X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对复合样品的结构、成分和形貌进行表征。通过将Ti_(3)C_(2)T_(x)/MnO_(2)复合材料作为正极,与锌负极匹配组装成水系锌电池,研究了其分别在2 mol·L^(-1) ZnSO_(4)、2 mol·L^(-1) ZnSO_(4)+0.1 mol·L^(-1) MnSO_(4)、30 mol·L^(-1)三氟甲基磺酸四乙基铵(TEAOTf)+1 mol·L^(-1)三氟甲烷磺酸锌(ZnOTf)和3 mol·L^(-1) ZnOTf四种电解液中的电化学性能。结果表明,Ti_(3)C_(2)T_(x)/MnO_(2)在2 mol·L^(-1) ZnSO_(4)中的比容量较高,但循环稳定性很差。将TEAOTf盐和ZnOTf盐共溶于水中,设计了一种新型的含惰性阳离子的超高浓度盐包水电解液(30 mol·L^(-1) TEAOTf+1 mol·L^(-1) ZnOTf),不仅提高了Ti_(3)C_(2)T_(x)/MnO_(2)材料的可逆性,而且有效抑制了电极材料在循环过程中的溶解。

新型水系二次锌电池正极材料的研究

锌电池是一种新型的电化学储能器件,具有制备容易,环境友好,成本低,安全性能高,容量高等优点,是一种极具前景的电化学储能装置。目前,锌电池的研究主要集中在开发可以可逆嵌入与脱出锌离子的正极材料。本文合成了钒基化合物VS2,锌离子可以在其晶体结构中可逆的嵌入与脱出,具有优异的电化学性质,为新型水系二次锌电池的开发提供了借鉴。

超期银锌电池组贮存寿命试验研究

结合某靶弹研制中对超期原型弹银锌电池组寿命试验的研究,根据实验数据评定超期导弹的超过贮存寿命的电池组能否继续使用的可行性,为超期电池组的使用提供了可靠依据.

能源材料创新--锌电池

锂离子电池能量密度很高,但存在安全问题。此外,锂和钴的稀缺和不断增加的成本也给目前锂离子电池的进一步发展带来了挑战。相比之下,锌具有很好的电化学可逆性;金属锌本身无毒,采用无腐蚀、无毒的电解液和正极材料,即可构建具有生物安全性的电池系统。近年来,水系锌电池呈现出蓬勃发展的趋势,高安全性和高能量密度的水系锌电池被认为是非常有前途的下一代电子产品储能技术之一。此外,锌空气电池因其低成本和生态友好性而被认为是下一代清洁和可持续储能技术的有前途的候选者之一。当然上述锌电池实现市场应用的前提是,提高正极材料的能量效率、提升锌负极的循环性能、解决锌负极的枝晶问题以及降低电解液成本[1]。

碱性锌电池负极材料的研究进展

基于锌的碱性电池例如锌镍电池、锌银电池等因锌资源丰富、比容量高而被广泛关注。但锌负极普遍存在变形、枝晶、自腐蚀、钝化等问题,降低了电极的循环寿命,影响了锌镍等电池的产业化发展。围绕解决锌负极缺陷的方法,从添加剂、材料表面改性、材料结构设计及电解液改性等方面将近年来的研究成果总结分析。

二次锌电池负极材料锌酸钙化学合成法制备技术研究

以Ca(OH)2和ZnO为主要原料,研究化学合成方法制备锌酸钙过程中不同碱浓度、反应时间及反应温度对制得样品的影响,并通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对其晶体结构、形貌进行表征,获得化学合成方法制备锌酸钙晶体控制影响规律。结果表明,碱浓度增加会影响锌酸钙晶体结晶性;反应时间的延长将会使反应更完全,晶体表面具有光泽;反应温度则是影响锌酸钙晶体尺寸及相貌的重要因素。