固态电池关键材料体系发展研究

摘要:固态电池技术是发展兼具高能量密度、高安全性、长寿命和低成本的下一代电池的重要保证,当前全球主要国家及地区均在加快布局固态电池研发和产业化。本文从固态电池关键材料的技术体系、产业体系和支撑体系3 个方面着手,综述了国际固态电池关键材料体系的发展现状,分析了美国、欧洲、日本、韩国等国家和地区的固态电池技术发展路径、产业规模和支撑体系建设情况,梳理了我国固态电池关键材料体系的发展现状并提出了发展目标。研究发现,我国固态电池正处于推广发展期,在关键原材料、关键科学技术瓶颈突破、规模化量产及产业化应用等方面面临挑战。研究建议,坚持分步发展固态电池的总体策略,设立国家级固态电池发展规划和重大科技专项,推动固态电池技术研发机构建设,促进固态电池市场化应用及产业转型,优化固态电池生态环境建设,实现我国固态电池产业领跑世界。

新能源用钢管的应用现状、需求分析及思考

摘要:“双碳”战略下新能源及相关产业发展给钢管带来新的应用场景,对钢管的功能和性能提出新的需求。聚焦于碳捕获、利用与封存技术领域中的CO2输送用管、氢能领域中的氢气输送用管和储能领域中的盐穴压缩空气储能用注采管,总结了新能源用钢管的应用现状和研究进展,分析了各领域用管需求,并就“双碳”背景下新能源用钢管的基础理论研究、关键技术开发和标准体系建设等方面进行了思考,提出了建议。

全无机钙钛矿太阳电池: 现状与未来

摘要:近年来,基于ABX3结构的有机无机杂化钙钛矿材料因其具有优良的光电特性和廉价的制作成本得到了全世界的广泛关注,但体系中的有机组分容易受到光、热、湿等外界条件的影响而分解,导致器件的PCE 发生严重的下降,极大地限制了PSCs( Perovskite solar cells,PSCs) 的产业化进程。利用纯无机阳离子完全取代ABX3结构中的A 位有机阳离子制备出全无机钙钛矿材料,因其优异的热稳定性和环境稳定性而得到了快速的发展。现阶段,基于全无机钙钛矿材料的全无机钙钛矿太阳能电池( I-PSCs) 的效率已超过19%,应用前景广阔。本文回顾了近年来全无机钙钛矿材料的研究进展,对不同类型的全无机钙钛矿材料进行了综述和讨论,从成膜工艺、掺杂工程、后处理工程等方面论述了如何提升器件的稳定性。最后,对I-PSCs的大面积制备及其柔性应用进行了介绍,揭示了I-PSCs 面临的挑战,并对该领域进行了展望。

能源新技术新兴产业发展动态与2035战略对策

摘要:技术创新深刻影响着全球能源工业的转型发展,发展能源领域新兴产业是立足我国国情现实,满足国家重大战略需求,实现技术创新驱动能源产业发展的需要。本文界定的“能源新技术”不仅涉及可再生能源和核能领域,而且涵盖非常规油气资源开发、传统化石能源的清洁高效转化与利用、能源传输以及终端用能等领域,是具有突破性或颠覆性的能源开发利用技术。

高能量密度无负极锂金属电池研究进展

摘要:随着便携式电子设备和电动汽车的发展,传统锂离子电池能量密度接近理论极限,对于具有高能量密度的锂金属电池研究再度受到关注。然而,锂的高反应活性导致使用过量锂时安全风险增加且能量密度降低,无负极锂金属电池(anode-free lithium metal batteries,AF-LMBs)应运而生,其具有高能量密度和最低氧化还原电位,但循环寿命差,活性材料有限且界面反应复杂。提高AF-LMBs 的循环稳定性是实现高能量密度储能系统应用的关键。本文综述了AF-LMBs的发展历程,并从锂枝晶、电解液稳定性、固体电解质界面(solid electrolyte interface,SEI)和集流体四方面深入分析了AF-LMBs 目前面临的挑战,这些因素共同影响AF-LMBs 的循环稳定性、安全性以及能量密度。最后指出未来研究方向应集中在电解液配方优化、人工SEI 层设计以及集流体材料与结构改进,同时关注电池体积能量密度,以满足实际应用中对紧凑高效储能系统的需求,从而推动AF-LMBs 的商业化进程。

极端条件下锂离子电池失效机制研究进展

摘要:随着现代科技的迅猛发展,对能在极端环境下稳定工作的能源存储系统的需求日益增长,特别是在无人机、电动汽车、深海探测等前沿领域。锂离子电池因其高能量密度、长寿命、无记忆效应等特性,成为满足这些极端环境下能源需求的理想选择。但是,极端的温度、冲击、压力等恶劣条件对电池的性能和安全性提出了严峻挑战。本文综述了近年来关于锂离子电池在不同极端环境下的失效行为及失效机制,重点从电池内部材料结构的变化、锂离子传输以及电化学反应等方面出发,探讨了锂离子电池在各种极端条件下的内部材料失效机理。最后,文章总结了目前锂离子电池应对极端环境的主要改善措施。希望这些研究能够给未来设计更加耐用、高效的锂离子电池提供指导,促进锂离子电池在更广泛领域的发展。

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。