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我国在储能电池关键材料表界面研究中取得新进展

导读: 近日,依托中国科学院青岛生物能源与过程研究所建设的青岛储能产业技术研究院结合地方企业技术需求,在储能电池关键材料的表界面研究中取得一系列重要进展,相关成果分别发表在Nano Energy等杂志。

  电化学储能电池核心部分由电极、电解质、集流体组成,如何将三部分要素有机整合是提高电池综合性能的关键。近日,依托中国科学院青岛生物能源与过程研究所建设的青岛储能产业技术研究院结合地方企业技术需求,在储能电池关键材料的表界面研究中取得一系列重要进展,相关成果分别发表在Nano Energy、Electrochemistry Communications、Advanced Energy Materials 等杂志。

  为服务青岛地方企业对提高储能电池安全性的需求,储能院张波博士带领的研发小组利用湿法抄纸和聚酰亚胺涂覆相结合工艺,以无机玻璃纤维为基质,开发了30微米厚的有机/无机复合电池隔膜。相对于商品化的聚丙烯隔膜,该类隔膜不但具备更加理想的电解液润湿性能、优异的界面相容性和界面稳定性,同时其尺寸热稳定性及阻燃性能也有了大幅度的提升。该项技术有望大幅提高高能密度电池的安全性,相关研究成果发表在Nano Energy(2014, 10, 277)。

  动力锂离子电池能量密度的提高,除与正负极材料相关外,对所采用电解液的要求也越来越高。作为添加剂用二(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)为代表的锂离子电池电解质盐,与六氟磷酸锂相比,具有优越的热稳定性、良好的电导性和电化学稳定性。然而,在充放电过程中该电解质会逐渐腐蚀铝箔集流体表界面造成集流体失效。储能院韩鹏献高工带领的研究小组成功制备出具有高度取向结构的柔性石墨膜集流体材料,在该锂盐中,柔性的集流体显示出优异的抗电化学腐蚀性能。单电池常温循环1000次,容量保持率高达89%;高温55℃,充放电循环300次,容量保持率也在80%以上(Electrochem. Commun.,2014, 44, 70)。

  锂空电池是一种具备超高理论能量密度的新型二次电池。该类电池放电产物Li2O2是不溶于有机电解液的绝缘性固体,如何实现其可逆的生成/分解是锂空电气池首要的科学问题。为研究放电产物的精细结构和理解其混合传输能力,储能院董杉木博士与中科院物理研究所谷林教授合作,对Li2O2放电产物结构进行了原子尺度表征。实验结果发现,放电产生的Li2O2存在周期性缺陷结构,该种缺陷造就了电极界面产生的过氧化锂具有一定的导电性。该类微观结构数据为了进一步研究锂空电池Li2O2的可逆生成/分解,及其在电极/电解质界面的分布规律提供重要的指导作用(Adv. Energy Mater., 10.1002/aenm.201400664)。

  此外,青岛市海域辽阔,具有丰富的钠资源,开发钠基储能电池是储能院面向地方需求的重要任务。近日,董杉木博士带领的研究小组在自支撑的硫化物电极表面原位电沉积包覆了导电高分子保护层,抑制了无机材料的体积膨胀,改善了材料的混合传输,并提升电极材料的界面稳定性,较好地提升了电池的循环使用性能(Electrochemistry Communications (2015), pp. 24-27)。

  上述研究得到中科院纳米先导计划和重点部署项目、国家自然科学基金等资助。

责任编辑:Aaron
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