快充型钠离子电池非水电解液研究进展

摘要:钠离子电池由于钠元素储量丰富、成本低廉以及与锂离子电池相似的工作原理而备受瞩目,在规模化储能领域展现出巨大的应用潜力。开发具有快速充放电能力的钠离子电池,可有力支撑规模储能的调频应用。电解液作为钠离子电池的关键组分在电极/电解液界面反应中扮演着重要角色,成为决定钠离子电池快充特性的关键因素。本文首先分析了钠离子电池中快充型电解液所面临的机遇和挑战。其次,从电解液的传输特性和电化学稳定性两方面着手,探讨了钠离子电池快充性能和电解液性质之间的密切关系。最后,基于不同溶剂体系,总结了快充型电解液的发展现状,提出一般性的设计策略。通过本文的综合分析,将为快速充放电能力的钠离子电池的研发提供有益的指导和启示。

钠离子电池正极材料技术路线及产业现状

摘要:近年来钠离子电池已成为全世界的研究热点,并逐步走向产业化。然而它们在性能上仍存在不足,包括相变、结构退化和电压平台等问题。因此,研究开发性能更加优异的正极材料对钠离子电池的容量和能量密度起着至关重要的作用。本文详细介绍了主要的3 类钠离子电池正极材料:过渡金属氧化物、聚阴离子以及普鲁士蓝,分别阐明了各类材料在不同领域的优势,以及目前仍存在的一些局限性,同时列举了一系列目前已经证实可以用来解决钠离子电池容量低、能量密度低等缺点的改进方法和手段。此外又通过调研各公司对钠离子电池正极材料的投资和布局,分析了目前3 种体系的产业化路线和发展现状并对目前的总体研究进展和未来发展方向做出了总结和讨论。未来钠离子电池随着基础研发的逐渐完善,工业化程度逐步加深,有望逐步走进日常生活中。

钠离子电池的机遇与挑战

摘要:随着新能源汽车的快速发展和大规模储能的应用,锂离子电池面临资源短缺及价格波动等市场风险。相比之下,钠离子电池因其资源丰富等优势而迎来了全新的发展机遇,有望在大规模电化学储能和低速电动汽车领域与锂离子电池形成互补。然而,尽管钠离子电池研究热度呈爆发式增长,商业化步伐在国内外已经起步,具备了一定的市场和技术条件,但与成熟的锂离子电池体系相比,依旧存在诸多挑战。本文主要从商业化角度出发,简要概述了钠离子电池的发展历史与产业现状。基于现有的储钠电极材料体系,重点分析了当前钠离子电池关键的正/负极材料、成本及应用前景。最后,对未来的发展机遇与挑战进行了展望,旨在为钠离子电池产业的进一步发展提供参考。

硫化物固态电解质颗粒制备技术的研究进展

摘要:【目的】综述硫化物基固态电解质颗粒制备技术进展,探讨更高能量密度和更长循环寿命的硫化物基固态电池的设计和发展。【研究现状】从材料层面上综述硫化物电解质面临的一系列挑战, 包括化学稳定性差、电极界面副反应严重、机械失活、缺乏规模化生产技术等问题;概括硫化物颗粒粒径控制、颗粒表面包覆及修饰的研究进展,介绍机械研磨、液相法合成等硫化物电解质的粒径控制方法,以及通过涂层、包覆和改性处理在硫化物颗粒表面形成薄保护层的技术。【结论与展望】提出颗粒粒径小的硫化物电解质的电化学-机械应变能较低,对抑制硫化物电解质的机械降解和失活具有重要作用;液相法可同步完成固态电解质的改性,有望应用于硫化物电解质粉体的低成本大规模制备;认为通过包覆和表面修饰的方法,可精准调控硫化物颗粒的表面状态和化学活性,显著抑制颗粒在潮湿和氧化条件下的反应。

锂离子在固态聚合物电解质中传输机制

摘要:【目的】为了设计新型高性能固态聚合物电解质(solid polymer electrolytes,SPEs),深入探讨锂离子在SPEs中的传输机制是核心科学问题,可以在根本上实现高性能SPEs 的理性设计。【研究现状】分析阿伦尼乌斯模型、 Vogel-Tammann-Fulcher(VTF)模型和William-Landel-Ferry(WLF)模型等经典离子传输理论模型的特征及其适用范围; 重点阐述近年来利用先进光谱技术(如红外光谱、 太赫兹光谱等)在实时观测锂离子传输过程中配位环境动态变化方面取得的实验进展;综述分子动力学(molecular dynamics,MD)模拟中的经典分子动力学模拟、 粗粒化分子动力学模拟、 从头计算分子动力学及机器学习分子动力学模拟在该领域的研究现状与发展趋势。【结论与展望】认为先进模拟技术与实验光谱技术协同发展,在解决复杂界面问题等挑战性课题中将发挥越来越重要的作用,为理性设计SPEs提供坚实依据;经典MD模拟具有在计算效率与精度间的良好平衡,仍是当前研究锂离子传输机制的主要手段。

光热协同催化及其相关动力学

摘要:【目的】研究光热催化过程中光催化的高选择性和热效应的驱动力结合,发挥协同作用,以提高反应速率和选择性。【研究现状】综述光热催化发展的重要事件以及光热催化技术的广泛应用;概括半导体催化和等离子基元金属催化的基本原理以及光诱导的热效应、光引发的热电子、光热催化遵循光反应的光热催化体系的复杂性和多样性;总结揭示反应路径、评估光效应、动力学同位素效应等相关动力学研究对探索光热催化机制的重要性。【结论与展望】提出光热催化的实际情况和作用机制具有复杂性和多样性,认为正确认识光催化和热催化在光热协同过程中的贡献和反应路径对光热催化的发展十分重要。

MXene储氢:理论与实验研究结果及未来展望

摘要:【目的】为了探讨氢能源的高效应用和存储安全,研究二维材料MXene在储氢中的理论和实验研究成果。【研究现状】综述MXene结构和储氢应用、理论研究成果和实验研究结果,MXene具有表面化学性质可调节、结构灵活和比表面积高的特点;概括单层和多层MXene储氢的理论研究成果,强调过渡金属元素和表面官能团在优化氢吸附能力中的作用;总结MXene储氢的实验研究结果,展示MXene在低温下和接近室温条件下储氢的潜力;理论预测与实验结果的比较分析强调进一步实验验证和计算优化的必要性。【结论与展望】提出为了提升MXene储氢性能,应关注缺陷工程、层间距优化和机器学习辅助筛选,以提升MXene作为氢储存材料的实用性。

大功率高性能钙钛矿型压电陶瓷的研究进展

摘要:【目的】讨探新型大功率压电陶瓷的设计和合成理论,以及满足高功率应用要求的新高性能压电材料的组分与工艺设计。【研究现状】 综述压电常数、机电耦合系数、介电损耗和机电损耗、居里温度等大功率高性能钙钛矿型压电陶瓷的性能指标和表征方法;国内外钙钛矿型压电陶瓷的研究进展,概括锆钛酸铅(lead zirconate titanate,PZT)基、钪酸铋-钛酸铅(bismuth scandiate-lead titanate,BS-PT)基、铁酸铋-钛酸钡(bismuth ferrite-barium titanate,BF-BT)基压电陶瓷和铌酸钾钠(potassium sodium niobate,KNN)基体系中的研究,总结元素掺杂、组分设计和制备工艺对不同体系压电陶瓷性能的影响规律。【结论与展望】认为随着超声波换能器、压电变压器、陶瓷滤波器以及压电超声马达等大功率器件在军事和高科技等领域的广泛应用,大功率高性能压电陶瓷市场潜力巨大,同时对压电陶瓷的机械品质、损耗、压电性能等也提出更高的要求。提出大功率压电陶瓷将面临机械品质因数与压电系数、机电耦合系数及居里温度之间存在相互制约关系,难以同时提高;通过掺杂调控相结构和采用织构化等制备工艺能提高压电陶瓷综合性能。认为无铅压电陶瓷虽然环境友好,但性能参数与铅基陶瓷的还有一定差距,但在整个压电陶瓷材料及其应用中将占很大份额。

核电工程用石墨的性能与应用研究进展

摘要:石墨因其优异的综合性能,在各类核反应堆中得到了广泛应用。在反应堆运行过程中,石墨需长期服役于高温和辐照环境中,辐照会引起其微观结构及性能的变化,而高温则可能导致其氧化退化。本文系统介绍了核电工程用石墨的关键性能,综述了辐照和高温环境对其微观结构与性能的影响机制,并重点对用于运动部件的核级石墨的摩擦磨损性能进行了对比分析。同时,简要概述了石墨在核电工程中的主要应用领域。相关研究有助于推动高性能核石墨材料的开发与应用,保障核电装置的长期稳定运行。

锂电池回收技术的专利导航分析

摘要:随着锂电池在各个领域的广泛应用,锂电池回收技术的研究和应用已经成为未来锂电池行业的重要发展方向。基于Innojoy专利数据库检索到的2345项专利文献,展开了对国内锂电池回收领域的专利导航分析。研究分析了该领域专利申请的总体趋势、技术分布和创新主体。同时,通过人工标引的方法,对主流湿法回收技术的技术构成、技术动向以及技术功效进行了深入分析。全面探讨了国内锂电池回收技术的专利布局现状、竞争前沿和未来发展趋势,并提出了相关的研发创新和专利运用的导航建议,旨在为相关领域的技术创新和专利战略提供指导。