美國追蹤傳輸能量的離子 或可製成儲能能力更強的電池

2020-10-09 美泰儲能資訊

據外媒報導，美國能源部橡樹嶺國家實驗室（the Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory，ORNL）領導的一個團隊研發了一種新型集成式方式，以跟蹤超薄材料中傳輸能量的離子，這種做法可以釋放離子存儲的能量，以實現充電速度更快、使用更持久的設備。

多年來，科學家們一直在研究一種稱為MXenes的2D材料。此種材料由多層結構組成，厚度與多個原子相當，科學家們一直在研究此種材料的儲能潛力。

ORNL領導的小組整合了實驗數據計算模型中得到的理論數據，以確定碳化鈦（MXene相）中各種帶電離子的可能位置。通過此種整體法，他們可以從單原子到設備等各種角度，跟蹤和分析離子的運動和行為。

由於層與層之間的間隔允許帶電離子或離子自由且快速地移動，因此分層式材料可以提升儲能和傳遞能量的能力。然而，很難探測和表徵離子，特別是在一個封閉的環境中，其中可能有多個過程在發揮作用。更好地了解此類過程才能夠提高鋰離子電池和超級電容器的儲能能力。

作為中心項目，該團隊專注於研發超級電容器。超級電容器是一種能夠快速充電以滿足短期內高功率能源需求的設備，相比之下，鋰離子電池的能量容量更大，提供電能的時間更長，但是放電速率更低，功率水平也更低。

MXenes卻能夠將兩種設備的好處結合起來，這也是快速充電設備需要完成的首要目標，即具有更大、更高效的儲能能力，對於電子產品、電動汽車電池等一系列應用也會帶來好處。

利用計算機建模，該團隊模擬了5種不同帶電離子在水溶液中的狀態。該理論模型非常簡單，不過結合了實驗數據，創造了一個基線，為MXene層中離子的去向以及在複雜環境中的表現提供了證據。

該團隊希望其整體法能夠指導科學家們未來對MXene進行的研究。研究人員表示：「我們研究了一個聯合模型，如果我們採用特定的MXene，就可從實驗中得到一些數據，如果我們知道一種離子的電容值，我們就可以預測其他離子的電容值，這些都是以前無法做到的。」

相關焦點

  • 美國追蹤傳輸能量的離子 或可製成儲能能力更強的電池/超級電容器
    Laboratory，ORNL）領導的一個團隊研發了一種新型集成式方式，以跟蹤超薄材料中傳輸能量的離子，這種做法可以釋放離子存儲的能量，以實現充電速度更快、使用更持久的設備。此種材料由多層結構組成，厚度與多個原子相當，科學家們一直在研究此種材料的儲能潛力。ORNL領導的小組整合了實驗數據計算模型中得到的理論數據，以確定碳化鈦（MXene相）中各種帶電離子的可能位置。通過此種整體法，他們可以從單原子到設備等各種角度，跟蹤和分析離子的運動和行為。由於層與層之間的間隔允許帶電離子或離子自由且快速地移動，因此分層式材料可以提升儲能和傳遞能量的能力。
  • 讓電池更耐用 美國實驗室研發離子液體
    日前，有國內媒體報導，美國橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge National Laboratory）的研發人員認為離子液體可以取代傳統的電解液，並且是一種很有發展前景的安全替代品，可延長電池的使用壽命。
  • 美國利用離子液體取代傳統有機電解液 研發更安全/更持久儲能設備
    ，很多研究人員開始尋找新電池，以更快地滿足人們對更持久可攜式電子產品、電動汽車和電網固定儲能設備的需求。 電子產品市場中主要的電源就是鋰離子電池和超級電容器，此類電源主要用於需要電化學儲能設備（EES）的多種消費和工業應用中，可以在各種環境中安全高效地運行，特別是在高溫或低溫下。 電解液是EES設備的重要組成部分，是正負極之間傳輸離子的傳導橋梁，可以決定該設備的性能，即電池的充電速度有多快、放電時可以釋放多少能量。
  • 北京大學潘鋒團隊：調控質子傳輸能提升高水系鋅離子電池能量密度
    水系鋅離子電池是未來高安全的儲能和車用動力電池。微酸性水系以MnO2為正極的鋅二次電池（Zn-MnO2）有著良好的安全性、較高的元素豐度和不錯的環境相容性，使其成為大規模儲能領域下一代電池的候選之一，但由於其電池內部反應的複雜性，其儲能機制在當今科學界一直存在爭論。
  • 美國第一個液體空氣儲能項目或與鋰離子電池儲能形成競爭
    美國第一個長期液體空氣儲能項目預計與鋰離子電池儲能形成競爭並在儲能市場立足。為了解決地區的能源傳輸問題，兩家公司計劃在佛蒙特州北部建立美國首個完全基於液態空氣技術的長期儲能系統。這一擬議的項目大小至少是50 MW，它將提供超過8小時的儲能，幫助將可再生能源整合到電網中，並確保在風暴和其他威脅下的可靠性。
  • 吳浩斌&盧雲峰：離子整流半固態界面助力高能量密度鋰金屬電池
    利用兼具高遷移數和高擴散係數的離子導體作為保護層，可實現鋰金屬負極在高面容量條件下安全循環。該工作採用金屬有機框架（MOFs）構築固定陰離子的半固態界面（SSI）作為離子傳輸整流層，可抑制鋰枝晶生長。經保護的薄鋰箔，搭配實用的高載量正極和貧量電解質，可實現高能量密度鋰金屬電池。
  • MIT研發新型離子液體提高超級電容器性能 或讓超級電容器取代電池
    研究人員表示：「很難想像此種粘稠的液體可用於存儲能量，但是我們發現，一旦提高溫度，該液體就可以存儲更多的能量，比其他許多電解質存儲的能量都多。」但是其實這也不是非常令人驚訝的，因為其他離子液體隨著溫度升高，粘度會降低，存儲能量的能力也會提高。
  • 強耦合效應二維異質結材料成功用於鋅離子電池—新聞—科學網
    V2O5/石墨烯異質結新材料，實現了對釩基正極材料的有效保護，極大緩解了釩溶解問題，獲得了高安全、低成本、長壽命水系鋅離子電池。 近年來，水系二次鋅離子電池憑藉其安全性能高、成本低、環境友好和鋅儲量豐富等優勢，在儲能設備中展現出巨大的應用前景。釩基材料是一種典型的高容量鋅離子電池正極材料，但存在溶解、體積膨脹、電子導電性差等問題，導致器件循環性能差。因此，亟待開發長壽命、高容量、高導電的釩基正極材料。
  • 清華大學:發現利於鉀離子電池大規模儲能的陰極材料
    近日，清華大學和中科院的科學家發現了一種特殊的陰極材料，這種材料可以用於更穩定的鉀離子電池儲能系統。據悉，這種新材料可以使儲能系統在2000次循環之後仍能夠保留94%的容量，每個循環的容量衰減為0.003%。
  • 構築更好的鋅離子電池
    電化學儲能技術因其優越的安全性、高效率、低成本、應用靈活等特點, 成為當今能源存儲系統的重要發展方向。近幾十年來，鎳鎘、鎳氫、鉛酸、鋰離子電池等多種電池技術在電動汽車，可攜式電子設備及儲能系統中得到了廣泛的應用。然而，現有的電化學儲能設備，在壽命、能量密度、環境影響和安全性等方面難以滿足日益增長的市場需求。
  • 光伏系統儲能電池原理及應用
    1、鉛酸蓄電池工作原理，基本結構鉛酸電池是用鉛和二氧化鉛作為電池負極和正極活性物質，以稀硫酸為電解質的化學儲能裝置，具有電能轉換效率高、循環壽命長、端電壓高、安全性強、性價比高、安裝維護簡單等特點，目前是各類儲能、應急供電、啟動裝置中首選的化學電源。
  • 復旦科學家發明全新「鋅電池」,探索更安全的未來儲能體系
    1月1日，相關研究成果以《基於過氧化鋅反應的可充鋅空氣電池》為題發表於《科學》（Science）主刊。 鋅空氣電池具有高理論能量密度、高安全性、低成本等優點，是一種具有前景的儲能技術。
  • 充滿能量的全有機質子電池,用於可持續能源存儲
    可持續儲能的需求量很大。因此，烏普薩拉大學的研究人員開發了一種全有機質子電池，可以在幾秒鐘內完成充電。電池可以充電和放電500次以上，而不會明顯損失容量。他們的研究成果已發表在科學雜誌Angewandte Chemie上。
  • ...儲能|負極|固態電池|全固態電池|高禾投資研究中心|正極材料|鋰...
    上遊分析1) 正極與傳統鋰離子電池相似，固態電池正極材料一般採用複合電極，除了電極活性物質外還包括固態電解質和導電劑，在電極中起到傳輸離子和電子的作用。按正極材料分類，主要有三元鋰、磷酸鐵鋰、鈷酸鋰和錳酸鋰這四種。2019年，我國三元材料出貨量佔比最高，達47.5%；其次是磷酸鐵鋰，佔比為21.8%。
  • 美國發現鹼金屬添加劑可阻止鋰枝晶 可製成更安全的低成本鋰電池
    蓋世汽車訊 電動汽車（EV）對於實現可持續性節能未來至關重要，但是此類車輛的局限性之一是缺乏持久、高能量密度的電池，以減少長途旅行中的燃料需求。與此同時，在停電或電網出現故障時，家庭生活中也遇到了這一挑戰，目前市場上沒有小型高效的電池，能夠在家庭沒有電的情況下，為家庭供電一個多晚上。
  • 木質素在儲能領域中的應用研究進展
    化學儲能是電力儲能的一種形式，是通過化學反應直接轉化電能的技術。研究者也一直致力於高能量存儲、長循環壽命、安全環保等儲能材料的開發，出現了許多用於電池和超級電容器的新材料。對於可充電電池而言，傳統電極材料是正極一側的過渡金屬基無機插層化合物和負極一側的石墨。
  • 美國尋求用錳取代鋰離子電池的鈷 儲能能力提升50%至100%
    目前，電動汽車中的鋰離子電池在一定程度上會依賴鈷，此種藍灰色金屬可以安全地為電池提供更多電力，但也帶來了一個問題，即鈷的價格昂貴，還往往需要在政治不穩定的地區進行開採。隨著儲能市場的增長，研究人員開始尋找對鈷依賴程度更低或者完全不依賴於鈷的電池化學物質。
  • 閻興斌課題組：Water-in-salt電解液在電化學儲能器件中的應用
    除此之外，粘度、電導率、潤溼性、離子傳輸機制都發生明顯的變化（圖1d和1e）。鋅離子和鋰離子都可以作為儲能作用離子，發揮儲能作用。這樣能夠有效提升鋅離子電池的窗口和能量密度。除此之外，有機電解液體系中電極表面的極化比內部的極化更嚴重，溶解的多硫化物離子在過程中會優先被還原並沉積在電極表面，導致電極表面的堵塞和失活。但是當WISE被使用時，由於多硫化物變得不溶於WISE，穿梭效應被基本上被消除，可以提升Li-S電池的能量密度和循環穩定性。
  • 進展 | 一體化構型的高柔性、長壽命鋅離子電池研究進展
    傳統的電化學儲能器件構型主要是通過將隔膜夾在兩個電極之間並注入電解液來構造的，即隔膜位於兩個電極之間，但三者之間是處於相互分離的狀態。當器件處於彎曲狀態時，上述三種構件由於不同的曲率半徑而在它們之間易產生相對位移或脫離，進而導致接觸電阻激增、電/離子傳輸阻滯，使電化學性能惡化。
  • 未來誰最有希望化解新能源汽車自燃危險,提升續航能力?
    文章說，韓國科學技術研究院(KIST)儲能研究中心的 Joong-Kee Lee 博士領導的研究小組開發了下一代二次電池，這種電池使用鋅金屬作為電極，沒有任何爆炸或起火的危險。這種電池足夠安全，可以戴在身上，並且可以製成纖維狀，這意味著將來有可能將其用作可穿戴設備的電源。