鋰離子電池、燃料電池和太陽能電池

最新 04-28

1.PEM燃料電池循環誘導衰減過程中電化學變化和結構變化的相關性

在低溫質子交換膜(PEM)燃料電池商業化的道路上，燃料電池的持久性和成本是兩個主要挑戰，其中降低膜電極組件(MEA)中的貴金屬含量能夠直接提高電池的成本效益，但也會影響電池的性能和長期穩定性。在工作過程中，由於負荷循環鉑催化劑的電化學活性表面積(ECSA)會損失，負載循環引起電極電位的變化會導致鉑的溶解和粒子的長大，也因此降低了燃料電池的性能。在氫/空氣氣氛下進行電壓循環的過程中膜電極組件會發生分解，本工作用各種電化學表徵技術測量了組件分解對燃料電池性能的影響。在低電流密度下電化學活性表面積的損失與動態電壓損失相關；在高電流密度下與氧遷移限制的損耗有關，並且研究發現氧的傳輸電阻與歸一化的表面積成反比。該工作進一步用電子顯微鏡觀察了由於電壓循環引起的催化劑層結構和性質的變化，提出了一種用透射電鏡計算衰減樣品鉑含量變化的新方法。

http://jes.ecsdl.org/content/165/6/F3241.short?rss=1

2.通過超薄等離子體聚合物的包覆用於提升鈣鈦礦型太陽電池的防潮抗濕能力

雜化有機?無機金屬鹵化物鈣鈦礦太陽電池的功率轉換效率和長期穩定性是處於折衷地位的，同樣地這也是其應用於戶外光伏和成功商業化的必要條件。本工作提出了一種利用超薄等離子體聚合物封裝鈣鈦礦太陽電池用以提高其在暴露水中和潮濕條件下穩定性的方法，並在室溫下通過遠程等離子體真空沉積金剛烷粉進行了聚合物的沉積。這種封裝方法不影響被測器件的光伏性能而且能與任何化學成分和器件結構都兼容。在相對濕度(RH)為35?60%的環境條件下放置30天後，封裝的鈣鈦礦薄膜的吸光度幾乎保持不變；當空氣非常潮濕時(RH>85%)，封裝器件光伏性能的快速衰減也明顯滯後；其中更重要的是，封裝的太陽能器件浸泡在液態水中時，器件光伏性能的下降也明顯滯後，光伏性能至少在前60秒內沒有受到影響。而且本工作已經有可能測量在水中運行的封裝器件的功率轉換效率，該方法也為開發穩定的光伏和光催化鈣鈦礦器件開闢了一條新的方向。

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.7b17824

3. Na1.25Ni1.25Fe1.75(PO4)3納米粒子作為鋰離子電池的雙電極材料

磷酸鐵基材料作為鋰離子和鈉離子電池的正極材料已經得到了廣泛的研究，目前作為負極材料的應用也越來越受到人們的關注，雖然它們主要是由固相法合成但是各種合成技術的探索表明，濕化學法製備的粉體形貌較小，粒度較小。其中納米粒子在催化劑、醫藥、化學感測器、能量轉換、儲能系統等許多領域得到了廣泛的應用，通過簡單的優化合成條件可以得到性能優良的納米材料，減小顆粒尺寸是提高納米材料性能的主要策略之一，納米粒子由於其高比表面積在提高電化學性能方面有獨特的作用，因此也可應用於儲能材料的。本工作採用溶劑熱法製備了一種用於鋰離子電池的新型電極材料——Na1.25Ni1.25Fe1.75(PO4)3納米顆粒，該材料的主要優點是其具有雙電化學性能(正負電極)且電化學性能高，原料資源豐富，成本低，環境相容性好，熱穩定性好，安全性高，理論比容量較高。通過表徵和測試得到了結構式□0.75Na1.25Ni1.25Fe1.75(PO4)3，表明材料結構中有大量的Na空位，從而提高的了Li離子的擴散能力。Na1.25Ni1.25Fe1.75(PO4)3同時作為負極和正極材料表現出優異的電化學性能，在0.03-3.5 V的電壓範圍內，首次放電的電流密度為40 mA/g時比容量可達1186 mAh/g，幾乎是理論容量(428 mAh/g)的3倍；當電流密度為50 mA/g時，循環測試350圈可逆電容為550 mAh/g。作為正極材料時，在1.5~4.5 V的範圍內比電容可達145 mAh/g和99 mAh/g（電流密度分別為5 mA/g和50 mA/g）。另外，本工作證實通過溶劑熱法合成有助於合成小顆粒電極材料，從而有利於獲得更優異的電化學性能。

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775318303148

4.表面保護的LiCoO2超薄固體氧化物電解質膜應用於鋰離子電池和鋰聚合物電池

鋰離子電池具有高容量能量密度和長壽命的特點並且推動了攜帶型電子設備的革命，雖然鋰離子電池能夠滿足許多電子產品的需求，但5G移動終端等新應用則需要更高的能量和功率密度的電極材料。其中，LiCoO2材料最初由Goodenough教授首次發現並且以其體積能量密度高、倍率性能好、循環穩定性好等優點在商用用鋰離子電池正極材料中佔據主導地位。然而，對於使用非水液體電解質的電池來說，陰極和電解質之間的副反應會導致結構和電化學穩定性迅速惡化，LiCoO2電極材料則表現為過渡金屬離子(Co3+)的溶解和放電容量的急劇衰減。因此，提高LiCoO2電極材料結構和電化學穩定性的關鍵在於抑制LiCoO2表面強烈的氧化性能。本工作通過溶液法和低溫熱處理法製備了一種高性能LiCoO2包覆Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3（LATP）的連續緻密超薄薄膜，並對LiCoO2修飾改性的LATP表面性能進行了表徵，對其在半電池中的循環性能進行了測試。透射電子顯微鏡（TEM）圖像表明，塗層表面覆蓋的LiCoO2均勻小於20 nm，證明其可以防止陰極和電解質之間的直接接觸，從而有效抑制液體電解質與LiCoO2在高充電電壓下的表面副反應。XPS測試表明在長時間循環過程中，CO3+的溶解已經很大程度上被抑制，由於這種表面鈍化特性，在以聚環氧乙烷為基的全固體鋰電池中對0.5 wt%修飾改性的LiCoO2的電化學性能進行了測試，在充電斷電電壓為4.2V時電池的初始放電容量保持了93%，結果表明，LiCoO2修飾改性的LATP塗層能有效地抑制PEO在高壓下的氧化。

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775318303276

5. 含LiF添加劑的5V LiCoMnO4尖晶石的熱穩定性

為了滿足未來能源技術的要求如在電移動領域，鋰離子電池需要更高的能量密度，以含鎳、鈷或鐵取代錳的LiMn2O4尖晶石為基礎的尖晶石陰極材料由於其高的氧化還原電位和能量密度而受到關注。然而，電化學實驗表明陰極材料存在容量低、循環穩定性差和電池衰減快等問題。為了提高其循環穩定性和可逆性容量，通常有效地措施是在單位材料中加入0.1 mol氟用於氟化。然而高溫條件下選用LiF進行氟化作用仍然是有爭議的，使用LiF作為燒結添加劑有助於保持在較低的加工溫度下實現高密度材料的製備。在本研究中，研究者們系統地研究了以1 wt.-%LiF為添加劑的加熱過程中的穩定性，採用電感耦合等離子體發射光譜測試700、800、900和1000°C熱處理樣品分析得到了的陽離子含量，惰性氣體熔合氧和氟含量的核反應，結果表明樣品的化學成分除氧以外保持不變。通過監測LiCoMnO4在添加氟和不加氟的情況下從室溫至950℃的熱分解過程，進一步研究了加熱和冷卻過程中相變過程。對於添加LiF的樣品，LiCoMnO4的分解產物Li2MnO3的形成是由於LiF的過量加入而加速產生的，即尖晶石相的穩定性由於鋰的供應而降低。由於Li2MnO3的生成消耗了鋰，並且氟仍然存在於樣品中，研究者們還提出氟陰離子在LiF和LiCoMnO4的共同加熱過程中會與尖晶石或Li2MnO3相結合。

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167273817311438

供稿丨深圳市清新電源研究院

部門丨媒體信息中心科技情報部

撰稿人丨簡奈

主編丨張哲旭

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