{"id":1831,"date":"2019-05-22T02:48:07","date_gmt":"2019-05-22T02:48:07","guid":{"rendered":"http:\/\/www.meetyoucarbide.com\/single-post-2018-research-progress-on-energy-storage-and-power-battery\/"},"modified":"2020-05-04T13:12:04","modified_gmt":"2020-05-04T13:12:04","slug":"2018-research-progress-on-energy-storage-and-power-battery","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pt\/2018-progresso-da-pesquisa-em-armazenamento-e-energia-bateria\/","title":{"rendered":"2018 Progresso da pesquisa em armazenamento de energia e bateria de energia"},"content":{"rendered":"
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\"\"<\/p>\n

1. 1 material de c\u00e1todo<\/h3>\n
Os materiais do c\u00e1todo das baterias de \u00edons de l\u00edtio s\u00e3o divididos principalmente em materiais \u00e0 base de mangan\u00eas, ricos em l\u00edtio, materiais comp\u00f3sitos tern\u00e1rios, LiMn 2 O4 do tipo espin\u00e9lio, fosfato de ferro e l\u00edtio e \u00f3xido de mangan\u00eas e n\u00edquel. Material do c\u00e1todo de solu\u00e7\u00e3o s\u00f3lida \u00e0 base de mangan\u00eas rico em Li Li 1 + x M 1 - x O 2 (M \u00e9 um metal de transi\u00e7\u00e3o como Ni, Co e Mn) com alta capacidade espec\u00edfica (> 200 mAh \/ g), alta densidade de energia, baixo custo e prote\u00e7\u00e3o ambiental Amig\u00e1vel etc., mas existem defici\u00eancias, como baixa efici\u00eancia de descarga inicial, baixa efici\u00eancia coulomb\u00f3lica, ciclo de vida ruim, desempenho insatisfat\u00f3rio de alta temperatura e desempenho de baixa taxa. O pesquisador Wang Zhaoxiang, do Instituto de F\u00edsica da Academia Chinesa de Ci\u00eancias, combina pesquisa experimental com c\u00e1lculos te\u00f3ricos. A partir da explora\u00e7\u00e3o da for\u00e7a motriz da migra\u00e7\u00e3o de Mn, este artigo estuda uma s\u00e9rie de problemas causados pela migra\u00e7\u00e3o de Mn e prop\u00f5e um m\u00e9todo para inibir a migra\u00e7\u00e3o de Mn. O professor Wang Xianyou, da Universidade de Xiangtan, come\u00e7ou a partir da rela\u00e7\u00e3o entre estrutura e desempenho do material e melhorou e melhorou otimizando a estrutura do material, projetando a composi\u00e7\u00e3o do material (excesso de O), controlando a composi\u00e7\u00e3o da fase do material (co-dopado) e a modifica\u00e7\u00e3o da superf\u00edcie (revestida com polianilina) . O caminho do desempenho do material de l\u00edtio. Na modifica\u00e7\u00e3o do revestimento, o professor Chen Zhaoyong, da Universidade de Ci\u00eancia e Tecnologia de Changsha, conduziu um estudo aprofundado: uma estrutura microporosa de revestimento de camada dupla Al 2 O 3 \/ PAS foi constru\u00edda na superf\u00edcie do material cat\u00f3dico \u00e0 base de mangan\u00eas, rico em l\u00edtio , e o material do c\u00e1todo estava a uma taxa de 0,1 C. A capacidade espec\u00edfica \u00e9 de at\u00e9 280 mAh \/ g e, ap\u00f3s 100 ciclos a 0,22 C, ainda h\u00e1 reten\u00e7\u00e3o da capacidade de 98% e nenhuma transforma\u00e7\u00e3o estrutural do material. A pesquisa do material cat\u00f3dico tern\u00e1rio Ni-Co-Mn se concentra principalmente na otimiza\u00e7\u00e3o das condi\u00e7\u00f5es de composi\u00e7\u00e3o e prepara\u00e7\u00e3o, modifica\u00e7\u00e3o de revestimento ou dopagem etc., a fim de melhorar ainda mais a capacidade, as caracter\u00edsticas do ciclo e o desempenho da taxa. A primeira capacidade espec\u00edfica de descarga da primeira capacidade espec\u00edfica de descarga \u00e9 209. 4 mAh \/ g, 1. 0 C. A primeira capacidade espec\u00edfica de descarga do material \u00e9 0. 1 C mAh \/ g, 1. 0 C. 7%\u3002 Reten\u00e7\u00e3o de capacidade taxa de 95. 5%, a taxa de reten\u00e7\u00e3o da capacidade em altas temperaturas ainda \u00e9 87,7%. O material de revestimento tamb\u00e9m pode ser LiTiO 2, Li 2 ZrO 3 ou semelhante, o que pode melhorar a estabilidade do material do eletrodo positivo tern\u00e1rio. A prepara\u00e7\u00e3o do espin\u00e9lio LiMn 2 O 4 por s\u00edntese de combust\u00e3o em fase s\u00f3lida pode reduzir a temperatura da rea\u00e7\u00e3o, acelerar a taxa de rea\u00e7\u00e3o e melhorar a estrutura cristalina do produto. Os principais m\u00e9todos para modificar o espin\u00e9lio LiMn 2 O 4 s\u00e3o o revestimento e a dopagem, como o revestimento de ZnO, Al 2 O 3, a dopagem de Cu, Mg e Al. A modifica\u00e7\u00e3o do fosfato de ferro e l\u00edtio \u00e9 mencionada. Os m\u00e9todos utilizados s\u00e3o a co-dopagem de elementos (como \u00edon van\u00e1dio e \u00edon tit\u00e2nio), adi\u00e7\u00e3o de ferroceno e outros aditivos catal\u00edticos de grafitiza\u00e7\u00e3o e composi\u00e7\u00e3o com grafeno, nanotubos de carbono e similares. Para materiais de c\u00e1todo de manganato de n\u00edquel e l\u00edtio, a estabilidade em alta temperatura tamb\u00e9m pode ser melhorada pela modifica\u00e7\u00e3o e revestimento do doping, al\u00e9m de melhorar os m\u00e9todos e processos de s\u00edntese. Outros pesquisadores propuseram alguns outros tipos de materiais cat\u00f3dicos, como compostos de ftalocianina conjugados com carbonil, com uma capacidade espec\u00edfica de descarga inicial de 850 mAh \/ g; grafeno-mesoporoso carbono \/ sel\u00eanio (G-MCN \/ Se) tern\u00e1rio Para o eletrodo positivo de filme composto, quando o conte\u00fado de sel\u00eanio era 62%, a primeira capacidade espec\u00edfica de descarga de 1 C era de 432 mAh \/ g, permanecendo a 385 mAh \/ g ap\u00f3s 1 300 ciclos, mostrando boa estabilidade do ciclo.<\/div>\n

1.2 Material do \u00e2nodo<\/h3>\n
Atualmente, os materiais de grafite s\u00e3o os principais materiais \u00e2nodos, mas os pesquisadores t\u00eam explorado outros materiais \u00e2nodos. Comparado com o material do c\u00e1todo, o material do \u00e2nodo n\u00e3o possui um hotspot de pesquisa \u00f3bvio. O eletr\u00f3lito se decomp\u00f5e redutivamente na superf\u00edcie do \u00e2nodo de grafite durante o primeiro ciclo da bateria para formar uma membrana de interface de fase de eletr\u00f3lito s\u00f3lida (SEI), resultando na primeira perda irrevers\u00edvel de capacidade, mas a membrana de SEI pode impedir que o eletr\u00f3lito continue decompor na superf\u00edcie de grafite, protegendo assim o eletrodo. O papel. Zhang Ting, da Universidade Normal do Sul da China, adicionou dimetilsulfito como um aditivo de forma\u00e7\u00e3o de filme SEI para melhorar a compatibilidade entre o \u00e2nodo de grafite e o eletr\u00f3lito e melhorar o desempenho eletroqu\u00edmico da bateria. Alguns pesquisadores usaram comp\u00f3sitos de nano-titanato-carbono como materiais an\u00f3dicos e revestidos com ZnO, Al 2 O 3 e outros materiais por magnetron sputtering para melhorar o desempenho da taxa e a estabilidade do ciclo; pir\u00f3lise por secagem por pulveriza\u00e7\u00e3o O material do \u00e2nodo composto de sil\u00edcio-carbono preparado pelo m\u00e9todo tem uma capacidade espec\u00edfica de primeira descarga de 1 033. 2 mAh \/ g a uma corrente de 100 mA \/ g, e uma primeira efici\u00eancia de carga e descarga de 77,3%; sil\u00edcio \/ grafeno flex\u00edvel autoportante O material do \u00e2nodo de filme composto foi ciclado 50 vezes a uma corrente de 100 mA \/ g, a capacidade espec\u00edfica ainda era de 1 500 mAh \/ g, e a efici\u00eancia coul\u00f4mbica foi estabilizada em 99% ou mais. O motivo \u00e9 que as folhas de grafeno t\u00eam alta condutividade el\u00e9trica e flexibilidade.<\/div>\n

1.3 bateria de \u00edon de l\u00edtio<\/h3>\n
Eletr\u00f3lito O sistema tradicional de eletr\u00f3litos de carbonato apresenta problemas como inflamabilidade e baixa estabilidade t\u00e9rmica. Desenvolve um sistema eletrol\u00edtico com alto ponto de inflama\u00e7\u00e3o, n\u00e3o inflamabilidade, ampla janela de estabilidade eletroqu\u00edmica e ampla adaptabilidade \u00e0 temperatura. \u00c9 um material essencial para baterias de \u00edon de l\u00edtio.<\/div>\n

2 pilhas NiMH<\/h2>\n
Um ponto de acesso de pesquisa em baterias de hidreto de metal n\u00edquel s\u00e3o os materiais de liga de armazenamento de hidrog\u00eanio. O professor Guo Jin, da Universidade de Guangxi, acredita que o r\u00e1pido resfriamento \u00e0 temperatura do nitrog\u00eanio l\u00edquido e o tratamento sem equil\u00edbrio do moinho mec\u00e2nico de bolas regulam o desempenho de armazenamento de hidrog\u00eanio da liga Mg 17 Al 12. O professor associado Lan Zhiqiang, da Universidade de Guangxi, usou o processo de tratamento t\u00e9rmico combinado com ligas mec\u00e2nicas para preparar Mg 90 Li 1 - x Si x (x = 0, 2, 4 e 6) materiais de armazenamento de hidrog\u00eanio composto e estudou a adi\u00e7\u00e3o de Si ao armazenamento de solu\u00e7\u00e3o s\u00f3lida do sistema Mg-Li. O efeito do desempenho do hidrog\u00eanio. A introdu\u00e7\u00e3o de elementos de terras raras pode inibir o fen\u00f4meno de amorfiza\u00e7\u00e3o e o processo de despropor\u00e7\u00e3o da composi\u00e7\u00e3o da liga durante o ciclo de absor\u00e7\u00e3o e dessor\u00e7\u00e3o de hidrog\u00eanio e aumentar a absor\u00e7\u00e3o e dessor\u00e7\u00e3o revers\u00edveis de hidrog\u00eanio da liga. Os materiais convencionais de liga de armazenamento de hidrog\u00eanio no mercado s\u00e3o principalmente dopados com elementos de terras raras (La). , Ce, Pr, Nd, etc.), mas o pre\u00e7o de Pr e Nd \u00e9 mais alto. Zhu Xilin relatou a aplica\u00e7\u00e3o de uma liga de armazenamento de hidrog\u00eanio AB 5 n\u00e3o dopada com Pr e Nd em uma bateria de n\u00edquel-hidrog\u00eanio. A bateria quadrada aplicada ao \u00f4nibus el\u00e9trico foi operada com seguran\u00e7a por 100.000 km. Outro ponto de acesso de pesquisa para materiais de armazenamento de hidrog\u00eanio s\u00e3o os hidretos de nitrog\u00eanio met\u00e1lico, como Mg (BH 2) 2 -2LiH, 4MgH 2 - Li 3 AlH 6, Al-Li 3 AiH 6 e NaBH 4 -CO (NH 2) 2. Reduzir o tamanho de part\u00edcula e adicionar um aditivo de metal alcalino pode melhorar o desempenho de armazenamento de hidrog\u00eanio do material de armazenamento de hidrog\u00eanio de coordena\u00e7\u00e3o de metal, em que o tamanho de part\u00edcula \u00e9 reduzido, o que \u00e9 alcan\u00e7ado principalmente por moagem mec\u00e2nica de esferas de alta energia. O material MOF CAU-1 conectado a 12 decorado com amina, relatado pelo professor Sun Lixian, da Universidade de Tecnologia Eletr\u00f4nica de Guilin, possui excelentes propriedades de adsor\u00e7\u00e3o de H 2, CO 2 e metanol, que s\u00e3o de grande significado e valor de aplica\u00e7\u00e3o para redu\u00e7\u00e3o de emiss\u00e3o de CO 2 e armazenamento de hidrog\u00eanio . Eles tamb\u00e9m desenvolveram Uma variedade de materiais geradores de hidrog\u00eanio de liga \u00e0 base de alum\u00ednio, como 4MgH 2 -Li 3 AlH 6, Al-Li 3 AiH 6 e NaBH 4-CO (NH 2) 2, s\u00e3o usados em combina\u00e7\u00e3o com c\u00e9lulas de combust\u00edvel.<\/div>\n

3 supercapacitores<\/h2>\n
A busca por materiais de eletrodos com alto desempenho e longa vida \u00fatil \u00e9 o foco de pesquisas em supercapacitores, entre os quais os materiais de carbono s\u00e3o os materiais mais comuns de eletrodos de supercapacitores, como materiais de carbono porosos, materiais de carbono de biomassa e materiais compostos de carbono. Alguns pesquisadores prepararam materiais de aerogel de carbono nanoporosos e provaram que boas caracter\u00edsticas de capacit\u00e2ncia eletroqu\u00edmica prov\u00eam da estrutura tridimensional do esqueleto da rede e da \u00e1rea superficial ultra-alta espec\u00edfica. Nie Pengru, Universidade de Ci\u00eancia e Tecnologia de Huazhong, obteve um material de carbono poroso tridimensional e o usou como material de eletrodo para supercapacitores no processo de recupera\u00e7\u00e3o de baterias de chumbo-\u00e1cido por lixivia\u00e7\u00e3o \u00famida com \u00e1cido c\u00edtrico. Esse m\u00e9todo pode promover a estreita integra\u00e7\u00e3o entre a ind\u00fastria de armazenamento de energia e a ind\u00fastria de prote\u00e7\u00e3o ambiental e produzir bons benef\u00edcios ecol\u00f3gicos e ambientais. Os pesquisadores tamb\u00e9m exploraram o uso de diferentes materiais de carbono de biomassa (sacarose, p\u00f3len, algas etc.) como materiais de eletrodo para supercapacitores. No aspecto de materiais comp\u00f3sitos, os pesquisadores projetaram um material comp\u00f3sito MoO 3 \/ C em forma de sandu\u00edche, a camada \u03b1-MoO 3 e a camada de grafeno s\u00e3o intercaladas e empilhadas horizontalmente, o que possui excelentes propriedades eletroqu\u00edmicas; composto de ponto qu\u00e2ntico de grafeno \/ carbono O material tamb\u00e9m pode ser usado como um material de eletrodo com uma capacit\u00e2ncia espec\u00edfica de 256 F \/ g a uma corrente de 0,5 A \/ g. O professor Liu Zonghuai, da Universidade Normal de Shaanxi, preparou um material mesoporoso de nanoeletrodo de \u00f3xido de mangan\u00eas, montado a partir de nanopart\u00edculas de \u00f3xido de mangan\u00eas, com uma \u00e1rea de superf\u00edcie espec\u00edfica de 456 m 2 \/ g e uma capacit\u00e2ncia espec\u00edfica de 281 F \/ g a uma corrente de 0,25 A \/ g. Liu Peipei, da Universidade de Tecnologia da China Meridional, preparou um material comp\u00f3sito tridimensional de NiO-Co 3 O 4 de nano-flor com uma capacit\u00e2ncia espec\u00edfica de 1 988. 6 F \/ g a uma corrente de 11 A \/ g e uma taxa de reten\u00e7\u00e3o de capacit\u00e2ncia de 1.500 ciclos. 94. 0%; Wang Yijing, da Universidade de Nankai, estudou o mecanismo de crescimento, microestrutura e desempenho de materiais NiCo 2 O 4 com diferentes morfologias. Tang Ke, da Universidade de Artes e Ci\u00eancias de Chongqing, analisou a rela\u00e7\u00e3o entre resist\u00eancia equivalente e corrente de carga. O modelo de circuito equivalente foi utilizado para estudar a varia\u00e7\u00e3o de capacit\u00e2ncia, capacidade de armazenamento e efici\u00eancia de carregamento do supercapacitor com corrente. O desempenho de armazenamento de temperatura do supercapacitor foi discutido. Impacto.<\/div>\n

C\u00e9lula de combust\u00edvel 4<\/h2>\n
A comercializa\u00e7\u00e3o de c\u00e9lulas a combust\u00edvel de membrana de troca de pr\u00f3tons (PEMFC) \u00e9 restringida principalmente pelo custo e longevidade. Como o catalisador usado no PEMFC \u00e9 principalmente um metal nobre, como o Pt, \u00e9 oneroso e facilmente degrad\u00e1vel no ambiente de trabalho, resultando em uma diminui\u00e7\u00e3o da atividade catal\u00edtica. O pesquisador Shao Zhigang, do Instituto Dalian de F\u00edsica Qu\u00edmica da Academia Chinesa de Ci\u00eancias, relatou um catalisador de casca de n\u00facleo de Pd-Pt que introduz o Pd para reduzir a quantidade de Pt usada e aumentar a atividade do catalisador. Al\u00e9m disso, os pesquisadores melhoraram a intera\u00e7\u00e3o entre metal e transportador usando estabiliza\u00e7\u00e3o de pol\u00edmero, agrupamento de superf\u00edcie e modifica\u00e7\u00e3o de cluster de carbono de superf\u00edcie de metal para obter o catalisador de redu\u00e7\u00e3o de oxig\u00eanio met\u00e1lico PEMFC com alta atividade e alta estabilidade. O Cao Tai, do Instituto de Tecnologia de Pequim, introduziu um m\u00e9todo de s\u00edntese leve, de baixo custo e em larga escala para a s\u00edntese de nanotubos de carbono uniformes, dopados com nitrog\u00eanio e em forma de bambu, com nanopart\u00edculas de cobalto no topo. Os produtos t\u00eam excelentes propriedades. Atividade catal\u00edtica redox. Os catalisadores \u00e0 base de carbono e outros catalisadores n\u00e3o de platina para c\u00e9lulas de combust\u00edvel, que podem substituir os catalisadores convencionais \u00e0 base de platina, s\u00e3o obtidos por carboniza\u00e7\u00e3o hidrot\u00e9rmica, craqueamento t\u00e9rmico a alta temperatura, etc., e t\u00eam desempenho compar\u00e1vel aos catalisadores comerciais de carbono da platina.<\/div>\n

5 outras baterias<\/h2>\n

5. 1 bateria de \u00edon de s\u00f3dio<\/h3>\n
O processo de carga e descarga do material Na 0. 44 MnO 2 foi estudado em Dai Kehua, da Northeastern University. Verificou-se que o Mn 2 + foi formado na superf\u00edcie do material com baixo potencial. A resina fen\u00f3lica de resina condutora PFM poderia melhorar a capacidade espec\u00edfica revers\u00edvel do p\u00f3 de Sn puro. Para obter carga e descarga est\u00e1veis. Universidade de Zhongnan Xiao Zhongxing et al. sinterizado pelo m\u00e9todo hidrot\u00e9rmico e pelo m\u00e9todo de fase s\u00f3lida de alta temperatura para sintetizar a Na 0,44 MnO 2 de maior pureza, e o s\u00f3dio met\u00e1lico foi usado como eletrodo negativo para montar uma bateria tipo bot\u00e3o, com capacidade de 0. Ciclo de 5 C 20 vezes. A taxa de reten\u00e7\u00e3o foi de 98,9%; Zhang Junxi do Shanghai Electric Power College sintetizou os cristalitos de NaFePO 4 da estrutura da olivina, que foram usados como material de c\u00e1todo para baterias de \u00edons de s\u00f3dio e tiveram bom desempenho eletroqu\u00edmico. O professor associado Deng Jianqiu, da Universidade de Tecnologia Eletr\u00f4nica de Guilin, preparou um sulfeto de estr\u00f4ncio nano-linear pelo m\u00e9todo hidrot\u00e9rmico e o usou como material de eletrodo negativo para baterias de \u00edons de s\u00f3dio. O material tem uma capacidade espec\u00edfica de primeira descarga de 552 mAh \/ g a 100 mA \/ g. Ap\u00f3s 55 ciclos, a reten\u00e7\u00e3o da capacidade \u00e9 85.5%. Ele \u00e9 ciclado 40 vezes a 2 A \/ g e retorna a 100 mA \/ A corrente de g e a capacidade espec\u00edfica da descarga s\u00e3o restauradas para 580 mAh \/ g, indicando que o desempenho do ciclo do material do eletrodo negativo \u00e9 bom, e a A estrutura pode ser mantida est\u00e1vel ap\u00f3s um grande ciclo atual.<\/div>\n

5. 2 bateria de l\u00edtio-enxofre<\/h3>\n
Atualmente, as pesquisas com baterias de l\u00edtio-enxofre concentram-se em materiais de eletrodos, como materiais de carbono porosos, materiais compostos, etc., visando melhorar a seguran\u00e7a da bateria, a vida \u00fatil e a densidade de energia. O material de carbono desenvolvido por Zhang Hongzhang, do Instituto Dalian de F\u00edsica Qu\u00edmica da Academia Chinesa de Ci\u00eancias, possui um grande volume de poros (> 4,0 cm 3 \/ g), uma \u00e1rea superficial espec\u00edfica alta (> 1 500 m 2 g), e um alto teor de enxofre (> 70%). Sob a condi\u00e7\u00e3o de alto teor de enxofre (3 mg \/ cm 2), a capacidade espec\u00edfica espec\u00edfica de descarga de 0,1 C \u00e9 de 1 200 mAh \/ g; O professor Chen Yong, da Universidade de Hainan, usa o Ti 3 C 2 da estrutura de acorde\u00e3o bidimensional como material positivo do eletrodo. Combinada com enxofre para obter o composto S \/ Ti 2 C 3, a capacidade espec\u00edfica de descarga inicial atingiu 1 291 mAh \/ g a uma corrente de 200 mAh \/ g, e a capacidade espec\u00edfica revers\u00edvel do ciclo ainda era de 970 mAh \/ g.<\/div>\n

5. bateria de 3 fluxos<\/h3>\n
O pesquisador Zhang Huamin, do Instituto de Qu\u00edmica e F\u00edsica Dalian, da Academia Chinesa de Ci\u00eancias, apresentou um relat\u00f3rio sobre o progresso da pesquisa e a aplica\u00e7\u00e3o da tecnologia de armazenamento de energia da bateria l\u00edquida e apresentou o progresso do desenvolvimento de eletr\u00f3lito da bateria l\u00edquida, membrana condutora de \u00edons n\u00e3o fluoretados e alta reator de pot\u00eancia espec\u00edfico. E os resultados da pesquisa no sistema de bateria de fluxo. Eles desenvolveram uma pilha de baterias de fluxo de densidade de alta pot\u00eancia e classe de 32 kW que foi carregada e descarregada a uma densidade de corrente de 120 mA \/ cm 2 com uma efici\u00eancia energ\u00e9tica de 81.2%, permitindo produ\u00e7\u00e3o em larga escala, dos quais 5 MW \/ 10 MWh bateria O sistema de armazenamento de energia foi implementado na rede.<\/div>\n

6. Conclus\u00e3o<\/h2>\n
Baterias de \u00edon de l\u00edtio, supercapacitores e c\u00e9lulas de combust\u00edvel ainda s\u00e3o o foco da pesquisa sobre baterias; outras baterias, como baterias de \u00edons de s\u00f3dio, baterias de fluxo e baterias de l\u00edtio-enxofre, tamb\u00e9m est\u00e3o evoluindo. O foco atual da pesquisa de v\u00e1rios tipos de baterias ainda \u00e9 o desenvolvimento de materiais de eletrodos para obter maior capacidade, efici\u00eancia, desempenho do ciclo e desempenho da seguran\u00e7a.<\/div>\n
Introdu\u00e7\u00e3o a todos os materiais eletrol\u00edticos s\u00f3lidos<\/div>\n