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高能量密度无负极锂金属电池研究进展

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。
新能源 2026年05月11日
数据驱动储能电池新材料的筛选和设计

数据驱动储能电池新材料的筛选和设计

摘要：数据驱动新材料产业发展是第四研究范式促进材料创新, 加快材料应用的多学科多领域交叉融合的技术热点。机器学习(machine learning, ML)作为一种重要的数据驱动方法, 其结合第一性原理计算在材料科学、化学、物理学和计算机等跨学科领域展现出巨大的优势, 为储能电池新材料的快速发展带来了新的机遇。为帮助研究人员了解这一新兴领域, 本文系统地详述了高通量计算筛选和ML在储能电池材料研究中的最新进展, 概括和总结了目前国内外应用较为广泛的在线材料数据库, 举例介绍了新数据库的多层次构建, 分析了目前数据采集方面的一些难点。论文进一步介绍了ML方法在高通量计算筛选、材料性质预测、材料结构与电化学性能构效关系研究和材料设计方面的应用实例, 最后分析讨论了当前ML在储能电池领域面临的一些挑战, 并展望了该领域的前沿研究。
新能源 2024年08月07日
锂离子电池快充电解液设计策略

锂离子电池快充电解液设计策略

摘要：近年来，以石油为主要动力源的交通运输带来了环境污染和化石能源枯竭等负面问题，为了实现交通运输电气化，以锂离子电池为动力的电动汽车成为了焦点。现如今电动汽车技术在续航里程、安全和成本等方面都取得了长足的进步，但由于电动汽车的补能时间远长于内燃机汽车加油时间，因此备受消费者的诉病。为了增加市场渗透率，电动汽车需在5~10min内充满80%的电量，相应于5C以上的充电倍率，这被称为极速快充技术（XFC）。电解液作为正负极之间离子输运的通路，对锂离子电池的快充性能有着举足轻重的影响，优化电解液是实现高能量密度锂离子电池快速充电的重要方法之一。综述了新型快充电解液研究的最新进展，从促进锂离子在电解液中的快速迁移、降低锂离子去溶剂化能垒和设计高性能固体电解质界面的角度进行了评述，并对能提高快速充电能力的电解液进行了总结和展望。
新能源 2025年05月06日
太阳能热化学转化技术研究进展

太阳能热化学转化技术研究进展

摘要：利用热化学反应将太阳能转化为易存储的化学产品，是实现太阳能大规模连续利用的有效方式。聚光器和反应器是太阳能热化学转化系统的核心设备。该文首先基于热化学反应进行温度的不同，对典型的低、中、高温太阳能热化学转化系统进行介绍，并对不同温度段系统中常用的聚光器类型进行总结，同时简要评述不同太阳能热化学转化系统的优缺点和发展趋势；然后基于太阳能热化学转化过程中传热方式的差异，对直接辐射加热型和间接辐射加热型太阳能反应器的种类、结构、工作原理和研究进展进行阐述。
新能源 2024年11月01日
光催化还原二氧化碳全反应的研究进展

光催化还原二氧化碳全反应的研究进展

摘要： 通过光催化将二氧化碳(CO2)还原为可持续的绿色太阳能燃料是同时解决环境问题和能源危机的极具前景的方案.尽管迄今为止已经进行了广泛的研究, 但实现高转化率、高选择性和高稳定性的光催化二氧化碳还原仍有许多障碍.如将水作为电子供体而非牺牲试剂, 能够使反应的吉布斯自由能变ΔG>0,这对于真正实现理想化的人工光合作用至关重要, 但同时也会为光催化还原CO2体系带来更多的挑战. 我们首先简要介绍了光催化还原CO2的机理与挑战, 而后根据目前光催化还原CO2在无牺牲剂体系中出现的问题总结了对应的策略以及最新的研究进展,包括能带结构的调整、助催化剂的负载、异质结的构建、MOFs与COFs材料的设计等方面, 最后对目前仍未解决的问题以及未来实现工业化应用的阻碍进行了总结.
新能源 2024年12月23日
无负极钠电池负极侧关键问题及界面设计

无负极钠电池负极侧关键问题及界面设计

摘要：相比锂离子电池，钠离子电池在资源、成本、安全、功率性能和低温性能等方面都具有较大优势。然而，目前的钠离子电池能量密度较低，为了开拓更广阔的应用空间，开发高比能钠电池是目前学术界和产业界关注的热点。近年来，无负极钠电池（AFSBs）因其在能量密度、工艺安全性和整体电池成本方面的优势而受到广泛关注。但该体系中存在固态电解质界面（SEI）破裂、副反应增多、枝晶无序生长以及死钠的产生易导致快速的容量衰减，电池循环寿命较短等缺陷。这些挑战可归因于以下三个关键问题：钠的高反应活性、循环过程中钠的不均匀沉积行为以及剧烈的体积膨胀。针对上述问题，本文围绕集流体-钠界面与钠-电解质界面，阐释了AFSBs负极侧促进无枝晶生长的设计方法，包括设计亲钠涂层、构建多孔骨架结构调节钠成核过程以及设计坚固的SEI界面层，进一步引导钠的均匀沉积与剥离，最终构建长寿命的AFSBs。最后展望了AFSBs的未来研究方向及应用前景。
新能源 2026年03月17日
高效太阳能驱动海水淡化的最新研究进展

高效太阳能驱动海水淡化的最新研究进展

摘要：由于淡水资源时空分布的不均一性，部分国家和地区的发展严重受制于淡水资源短缺，海水淡化已成为沿海地区应对淡水紧张问题的重要途径。受自然界水循环启发，利用太阳能驱动水蒸发，直接从海水中分离出清洁水，是一种可持续的低成本海水淡化技术。针对传统太阳能蒸发较低的能量利用率和蒸发效率，研究人员基于界面蒸发基本理论，利用光热转化材料选择性地加热空气-水界面，以提高太阳能利用率。本文结合前沿的工作介绍了实现高效太阳能驱动界面水蒸发的关键因素，概述了已报道的常用光热材料，讨论了光热蒸发器结构设计对体系能量管理和物质传输的调控，分析质能传递过程对蒸发系统性能的影响。除此之外，本文对长时间海水蒸发过程中盐析出污染问题及其应对策略进行了综述，最后探讨了目前太阳能界面蒸发面临的挑战并展望了其在海水淡化应用的发展前景。
新能源 2024年11月01日
能源存储与转化用微纳超结构碳：现状与建议

能源存储与转化用微纳超结构碳：现状与建议

摘要:碳材料作为电极材料或关键组分在诸多能源存储与转化器件中发挥着不可或缺的作用。然而，传统碳材料存在的结构单一、富含缺陷和织构无序等问题严重制约了相关器件性能的提升，难以满足新能源和电动汽车产业的快速发展需求。针对上述问题，文章提出了微纳超结构碳的概念和设计思想，采用结构纳米化、复合化、有序化设计和功能导向组装，构建碳材料跨越“纳−微−宏”的多层次孔道、多尺度网络、多组分界面，获得具有“精准定制、层次有序、厚密联通、多相耦合”基本特征的微纳超结构碳。同时，文章全面综述了微纳超结构碳材料在能源存储与转换器件中应用的国内外最新研究进展，涵盖了锂/钠离子电池、超级电容器、固态电池、水系电池以及氢能转换技术等关键领域，并对未来储能用碳材料的发展方向和应用模式作出展望。
新能源 2025年02月21日
PVDF基储能电介质的设计及性能调控相关进展

PVDF基储能电介质的设计及性能调控相关进展

摘要： 聚合物基介电电容器因具有击穿场强高、介电损耗低、自愈性好以及良好的可加工性等优势，成为了电子电力系统中重要的储能元器件。然而，聚合物的相对介电常数和放电能量密度较低，极大地限制了聚合物基固态电容器向小型化方向发展。因此，提高聚合物相对介电常数，研发高放电能量密度和高储能效率的聚合物基电容器成为了迫切需求。聚偏二氟乙烯（PVDF）以其良好的介电性能和较高的放电能量密度成为研究的热点。本文从电介质的储能原理出发，综述了近年来PVDF 基纳米复合电介质材料的设计及其性能调控的主要方案：(1) 聚合物+无机高介电纳米填料；(2) 聚合物+无机低介电纳米填料；(3) 聚合物+金属纳米粒子。本文为进一步提高聚合物基电介质的储能性能提供了重要参考。
新能源 2026年01月17日
载运工具用燃料电池空气压缩机技术综述

载运工具用燃料电池空气压缩机技术综述

摘要:从性能需求与技术现状等角度,综述了载运工具用燃料电池空气压缩机的研究进展,总结了离心式空气压缩机的关键部件参数优化设计、机电耦合控制、加工制造和性能测试等技术,并展望了燃料电池空气压缩机技术未来的发展方向.研究结果表明:燃料电池空气压缩机需满足大流量与快速响应等要求;当前,两级离心式空气压缩机流量与压力等特性可满足5~350kW 燃料电池系统供氧需求,最高转速可达1.0×105r•min-1,零转速到怠速的响应时间为秒级;叶轮、扩压器、箔片气体动压轴承等关键部件的参数可采用优化算法进行设计以提高空气压缩机气动性能;为降低驱动电机的转速与转矩波动,离心式空气压缩机机电耦合控制可采用电流环解耦控制和无传感控制等方法以提高空气压缩机的动态响应能力;为保证离心式空气压缩机高速运转下的气动性能和系统稳定性,高精度三元叶轮加工主要通过五轴数控机床铣削实现,箔片气体动压轴承的涂层常采用固体润滑与等离子喷射工艺;燃料电池空气压缩机还需开展流量、压比、效率等特性与启停、寿命等耐久性的指标测试以综合评价其性能;目前,空气压缩机气动性能测试标准与试验方法较为完备,但耐久性相关的测试和评价方法还需进一步完善;未来,随着对可持续交通解决方案需求的不断增长,载运工具用燃料电池空气压缩机技术将朝着集成轻量化与智能化等方向发展.
新能源 2026年04月09日