新能源材料

英國研制新型無毒電池原型 完成充電或放電只需幾秒鐘

英國帝國理工學(xué)院的研究人員近期成功研制出一種新型無毒電池原型，由于采用新技術(shù)，在幾秒內(nèi)能完成充電或放電，未來或在儲(chǔ)能領(lǐng)域擁有良好的應(yīng)用前景。

據(jù)研究團(tuán)隊(duì)介紹，這一新型電池原型盡管儲(chǔ)電能力不如目前廣泛運(yùn)用的鋰電池，但它使用無毒的聚合物材料制作，可在幾秒內(nèi)完成充電或放電，電池充電時(shí)還會(huì)變色，使用者可直觀地看出電池的充電狀態(tài)。該電池原型的主要工作原理是讓聚合物材料迅速吸收并釋放鹽水中的正或負(fù)離子，一旦整個(gè)電池開始充電，這些離子就會(huì)被吸引到相應(yīng)的電池電極上。研究團(tuán)隊(duì)表示，在風(fēng)力和太陽能發(fā)電由于天氣原因無法持續(xù)產(chǎn)生電能的情況下，這種新型電池的快速充放電優(yōu)勢(shì)就可以發(fā)揮出來——快速存儲(chǔ)這些發(fā)電設(shè)施產(chǎn)生的電能，并隨時(shí)根據(jù)需要將電能傳遞到電網(wǎng)，有利于保持清潔能源發(fā)電的穩(wěn)定性。報(bào)告的作者之一亞歷山大 焦萬尼蒂說，制作該電池原型的材料可低成本生產(chǎn)，加上使用無毒、不可燃的水基電解質(zhì)，未來有可能開發(fā)出可循環(huán)利用的電池產(chǎn)品。（新華網(wǎng)）

新復(fù)合氫化物鋰超離子導(dǎo)體問世有望催生高能量密度全固態(tài)電池

日本東北大學(xué)和高能加速器研究組織的科學(xué)家，開發(fā)出一種新的復(fù)合氫化物鋰超離子導(dǎo)體。研究人員表示，通過設(shè)計(jì)氫簇（復(fù)合陰離子）結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的這一新材料，對(duì)鋰金屬顯示出了極高的穩(wěn)定性，使鋰金屬有望成為全固態(tài)電池的最終陽極材料，催生出迄今能量密度最高的全固態(tài)電池。

陽極為鋰金屬的全固態(tài)電池有望解決傳統(tǒng)鋰離子電池的電解質(zhì)泄漏、易燃和能量密度有限等問題，人們普遍認(rèn)為，鋰金屬是全固態(tài)電池的最佳陽極材料，因?yàn)樗哂凶罡叩睦碚撊萘亢鸵阎枠O材料中最低的電位。鋰離子傳導(dǎo)固體電解質(zhì)是全固態(tài)電池的關(guān)鍵組成部分，但問題是，大多數(shù)現(xiàn)有的固體電解質(zhì)具有化學(xué)/電化學(xué)不穩(wěn)定性，不可避免地會(huì)在界面處引起不必要的副反應(yīng)，導(dǎo)致界面電阻增加，在重復(fù)充放電期間極大地降低電池的性能。研究人員表示，復(fù)合氫化物在解決與鋰金屬陽極相關(guān)的問題時(shí)廣受關(guān)注，因?yàn)樗鼈儗?duì)鋰金屬陽極具有出色的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性。他們得到的新型固體電解質(zhì)不僅擁有高離子導(dǎo)電性，且對(duì)鋰金屬也非常穩(wěn)定，因此，對(duì)于使用鋰金屬陽極的全固態(tài)電池來說是一個(gè)真正的突破。研究人員表示：“這一發(fā)展不僅有助于我們未來找到基于復(fù)合氫化物的鋰離子導(dǎo)體，還將開辟固體電解質(zhì)材料領(lǐng)域的新趨勢(shì)，得到的新型固體電解質(zhì)材料有望促進(jìn)高能量密度電化學(xué)裝置的發(fā)展?！保萍既?qǐng)?bào)）

基于離子液體電解液的高性能有機(jī)醌類鈉電池

近日，南開大學(xué)程方益課題組報(bào)道了離子液體在有機(jī)醌類鈉電池中的應(yīng)用。與無機(jī)電極材料相比，有機(jī)醌類電極材料主要由C、H、O、N等高豐度輕質(zhì)元素組成，具有理論比容量高、分子結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性強(qiáng)和環(huán)境友好等突出優(yōu)點(diǎn)，在新能源領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。然而，由于相似相溶，醌類化合物易溶于常規(guī)的酯類和醚類有機(jī)電解液，導(dǎo)致活性物質(zhì)量損失，容量衰減嚴(yán)重，制約了實(shí)際性能。碳包覆、聚合等多種策略被相繼報(bào)道，在一定程度上可以有效抑制電極材料溶解，獲得較好的循環(huán)性能。然而，這些方法通常制備過程繁瑣，在活性材料中引入高比例非活性成分，犧牲了材料的高容量。如何在保持醌類材料容量?jī)?yōu)勢(shì)的同時(shí)，解決溶解問題是一項(xiàng)重要且具挑戰(zhàn)性的課題。該工作闡明了離子液體基電解液抑制醌類材料溶解的機(jī)制，為提升醌類材料的電極性能、構(gòu)建新型有機(jī)鈉電池提供了新思路。（南開大學(xué)）

年產(chǎn)10萬t鋰電新材料當(dāng)升科技鋰電新材料產(chǎn)業(yè)基地落戶常州

3月23日上午，由北京當(dāng)升材料科技股份有限公司投資的當(dāng)升科技鋰電新材料產(chǎn)業(yè)基地奠基儀式在常州舉行。該產(chǎn)業(yè)基地規(guī)劃建成年產(chǎn)10萬t鋰電新材料產(chǎn)能，首期項(xiàng)目計(jì)劃建成年產(chǎn)5萬t正極材料產(chǎn)能。產(chǎn)業(yè)基地首期項(xiàng)目第一階段年產(chǎn)2萬t鋰電正極材料智能工廠的設(shè)計(jì)、采購、施工工程總承包（EPC一體化）項(xiàng)目由湖南百利工程科技股份有限公司中標(biāo)。北京當(dāng)升材料科技股份有限公司成立于2001年，起源于國務(wù)院國資委管理的國家首批創(chuàng)新型中央企業(yè)——北京礦冶科技集團(tuán)有限公司，是一家以新能源材料研發(fā)和生產(chǎn)為主的集團(tuán)化公司。公司自進(jìn)入鋰電正極材料行業(yè)以來，一直保持著良好的發(fā)展勢(shì)頭，與全球前6大鋰電巨頭建立了穩(wěn)定的合作關(guān)系，是國內(nèi)鋰電正極材料的龍頭企業(yè)之一。

當(dāng)升科技金壇智能工廠圍繞感知、控制、決策和執(zhí)行等智能功能的實(shí)現(xiàn)，針對(duì)智能制造關(guān)鍵技術(shù)裝備、自動(dòng)化控制、智能工廠的開發(fā)和應(yīng)用，突破先進(jìn)感知與測(cè)量、高精度計(jì)量、高可靠智能控制、建模與仿真、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析等一批關(guān)鍵共性技術(shù)，研發(fā)智能制造相關(guān)的核心支撐軟件，布局和積累一批核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)，為實(shí)現(xiàn)制造裝備和制造過程的智能化提供技術(shù)支撐。

百利科技是上交所上市公司，在化工工程領(lǐng)域擁有近50年的EPC工程總承包經(jīng)驗(yàn)，國內(nèi)外施工項(xiàng)目超過4 500個(gè)，具有化工石化、醫(yī)藥、建筑等多行業(yè)設(shè)計(jì)咨詢甲級(jí)資質(zhì)，技術(shù)壁壘較高，2017年全資收購江蘇南大紫金鋰電智能裝備有限公司（后更名為“常州百利鋰電智慧工廠有限公司”）后，全面進(jìn)軍鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈，兩家公司的融合催生出了鋰電材料產(chǎn)線的技術(shù)裝備和整線服務(wù)的專業(yè)化分工，由單一的產(chǎn)線裝備供應(yīng)商轉(zhuǎn)變?yōu)橹腔酃S總承包商，協(xié)同效應(yīng)明顯。常州百利鋰電智慧工廠有限公司前身，成立于1987年，客戶結(jié)構(gòu)十分優(yōu)異，主要包括當(dāng)升、巴莫、杉杉、盟固利、貝特瑞等產(chǎn)量較大的正極材料廠商。常州百利鋰電可靠的專業(yè)技術(shù)、領(lǐng)先的智能化產(chǎn)線經(jīng)驗(yàn)為它贏得了客戶和行業(yè)的高度認(rèn)可；百利科技經(jīng)過多年的技術(shù)沉淀與市場(chǎng)檢驗(yàn)，經(jīng)驗(yàn)豐富，具備為客戶提供EPC“一攬子”解決方案的能力。此次項(xiàng)目，充分運(yùn)用百利科技和常州百利鋰電的優(yōu)勢(shì)，將達(dá)到1+1>2的效果。

據(jù)悉，當(dāng)升科技金壇工廠的落成后，將為當(dāng)?shù)貛砀嗟木蜆I(yè)崗位和稅收，完善常州新能源產(chǎn)業(yè)布局，豐富江蘇省新能源產(chǎn)業(yè)基地和相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈，為國家新能源發(fā)展注入新的活力。（新華網(wǎng)）

大幅提高電池能量密度 鋅碘單液流電池概念問世

近日，中國科學(xué)院大連化物所研究員李先鋒、張華民領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性提出鋅碘單液流電池的概念，實(shí)現(xiàn)鋅碘單液流中電解液的利用率達(dá)到近100%，大幅提高了電池的能量密度。

大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)是實(shí)現(xiàn)可再生能源大規(guī)模利用的關(guān)鍵技術(shù)，液流電池因具有安全性高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、效率高等特點(diǎn)，是大規(guī)模儲(chǔ)能的首選技術(shù)之一。而鋅碘液流電池是液流電池技術(shù)的一種，因具有較高能量密度和環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)，近年來受到越來越多的關(guān)注。在前期研究中，該科研團(tuán)隊(duì)通過優(yōu)化電解液組成和膜材料，提高了鋅碘液流電池的循環(huán)壽命和功率密度。但是，電解質(zhì)利用率相對(duì)較低問題仍待解決。隨后，該團(tuán)隊(duì)提出了鋅碘單液流電池的概念。與傳統(tǒng)鋅碘液流電池不同，鋅碘單液流電池只有負(fù)極一側(cè)具有流動(dòng)循環(huán)系統(tǒng)，正極為固體，因此碘離子可以充電到固態(tài)碘單質(zhì)，使得電解質(zhì)的利用率接近100%，大幅提高了電池的能量密度，并同時(shí)提高了鋅碘單液流電池的功率密度。上述工作為高能量密度液流電池新體系的開發(fā)提供了重要借鑒。（經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)）

西安交大研制出高效柔性鈣鈦礦太陽能電池

柔性鈣鈦礦太陽能電池因其高效率、低成本、且制備工藝簡(jiǎn)單，而成為該行業(yè)最具顛覆性的技術(shù)之一。同時(shí)，鈣鈦礦太陽能電池低溫制備工藝已經(jīng)成為制備柔性、輕質(zhì)、高效薄膜太陽能電池的首選。

“在太陽能電池領(lǐng)域，晶硅太陽能電池和柔性鈣鈦礦太陽能電池二者融合發(fā)展，各取所長(zhǎng)，可能是今后太陽能電池的發(fā)展方向?！蔽靼步煌ù髮W(xué)教授吳朝新說，“目前使用的充電設(shè)備比較笨重，不方便攜帶。假如使用柔性鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)，人們?cè)趹敉庀虢o手機(jī)或其他設(shè)備充電，只需攜帶一個(gè)名片大小的電池，打開后有A4紙大小，很快就能給手機(jī)充好電?！?/p>

超薄、超輕、柔性的鈣鈦礦太陽能電池可以滿足航空航天中的臨近空間裝備、陽光動(dòng)力無人機(jī)、高空探測(cè)裝備和多種消費(fèi)類電子產(chǎn)品的需求。據(jù)吳朝新介紹，這種柔性鈣鈦礦太陽能電池，目前實(shí)現(xiàn)玻璃基板鈣鈦礦電池效率突破22%，柔性器件效率突破19%。（中國科學(xué)報(bào)）

大連化物所首次合成出具有超寬波段發(fā)射的零維非鉛鈣鈦礦

近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所復(fù)雜分子體系反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究組研究員韓克利團(tuán)隊(duì)在非鉛零維鈣鈦礦單晶發(fā)光動(dòng)力學(xué)研究中取得新進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)首次合成出一種銻鉍混合的零維非鉛鈣鈦礦單晶，其具有超寬的發(fā)光光譜，覆蓋整個(gè)可見區(qū)。

相較于三維的含鉛鈣鈦礦，零維非鉛鈣鈦礦具有穩(wěn)定性好、無毒等優(yōu)勢(shì)。以往關(guān)于零維鈣鈦礦的研究都關(guān)注在一元零維鈣鈦礦，雖然其發(fā)光量子產(chǎn)率高，但發(fā)光光譜相對(duì)較窄，無法滿足下一代發(fā)光器件對(duì)于寬光譜的需求。因此，合成出覆蓋整個(gè)可見光的發(fā)光材料成為當(dāng)下研究的前沿。前期該團(tuán)隊(duì)利用飛秒瞬態(tài)吸收光譜技術(shù)，研究了鉍摻雜的二維錫鈣鈦礦單晶的發(fā)光動(dòng)力學(xué)。研究發(fā)現(xiàn)，鉍摻雜會(huì)調(diào)諧二維錫鈣鈦礦單晶的發(fā)光峰位置和譜形。飛秒瞬態(tài)吸收光譜揭示了其調(diào)諧的機(jī)制是由于鉍摻雜引入了非輻射的自缺陷激子。本工作中，該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地合成了銻鉍合金的零維鈣鈦礦。該單晶不僅具有良好的穩(wěn)定性，而且具有超寬的發(fā)光光譜，覆蓋了整個(gè)可見區(qū)。研究人員利用飛秒瞬態(tài)吸收光譜等技術(shù)，揭示了其超寬光譜是由于自由激子和自缺陷激子共同作用形成的。該研究為進(jìn)一步尋找高性能的非鉛鈣鈦礦發(fā)光材料提供了新思路。（中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所）

福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所高能量密度鋰硫電池研究取得進(jìn)展

由于正極材料硫具有高理論比容量、豐富的自然儲(chǔ)備、低成本和環(huán)境友好等顯著優(yōu)點(diǎn)，鋰硫電池被認(rèn)為是最有前景的下一代能量存儲(chǔ)系統(tǒng)。使用導(dǎo)電碳質(zhì)材料作為硫主體來構(gòu)造硫正極的傳統(tǒng)方法中，由于低極性碳和高極性LiPS之間的相互作用弱，碳基材料提供的物理隔離和物理吸附對(duì)抑制電池容量衰減的作用有限，特別是對(duì)于高載硫電極。此外，碳基材料和LiPS的親和性差也阻礙了有效的界面電荷轉(zhuǎn)移并減緩了硫物種的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。而且，大量低振實(shí)密度碳的存在，極大地犧牲了電池的體積能量密度。設(shè)計(jì)一種具有高導(dǎo)電性和豐富暴露活性位點(diǎn)的硫主體材料以替代導(dǎo)電碳，以獲得高的面積和體積容量具有重要意義。

中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所結(jié)構(gòu)化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員王瑞虎課題組采用海藻酸鈉誘導(dǎo)的化學(xué)鍵裁剪策略，提出基于MXene的Ti3C2Tx（Tx代表表面官能團(tuán)）納米點(diǎn)-散布的Ti3C2Tx納米片（TCD-TCS），以實(shí)現(xiàn)在高硫負(fù)載條件下活性物質(zhì)硫的限域固定和轉(zhuǎn)化。TCD-TCS中豐富的表面極性位點(diǎn)增強(qiáng)了電極的結(jié)構(gòu)完整性，不含碳基材料和導(dǎo)電添加劑使得正極材料具有高振實(shí)密度。TCD-TCS/S電極在1.8mg·cm-2的中等載硫量下表現(xiàn)出幾乎理論的放電比容量。在13.8mg·cm-2的高硫負(fù)載下，同步實(shí)現(xiàn)超高容量（1957mAh·cm-3）和高面積容量（13.7mAh·cm-2）。放電過程中硫析出機(jī)理研究表明了基于MXene的納米點(diǎn)和納米片的集成在Li-S電池中的重要性。。此前，肖助兵等以提高鋰硫電池面積容量和體積容量為研究目標(biāo)，采用未加入任何碳導(dǎo)電添加劑的花狀多孔Ti3C2Tx（FLPT）基正極系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了鋰硫電池面積容量和體積容量的雙重提高。此外，先后采用高導(dǎo)電過渡金屬硫化物（TiS2和NbS2）作為添加劑應(yīng)用在鋰硫電池正極以提高電池面積容量和大電流放電容量（。并采用水熱法得到還原氧化石墨烯/硫化釩（rGO/VS2）復(fù)合材料應(yīng)用于三元硫正極體系中，制備得到具有密堆積三明治結(jié)構(gòu)的rGO/VS2-S正極材料，實(shí)現(xiàn)了體積能量密度的大幅提升（福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所）

科學(xué)家研發(fā)出新型空氣電池

近日，香港中文大學(xué)宣布，機(jī)械與自動(dòng)化工程學(xué)系教授盧怡君及研究團(tuán)隊(duì)已研發(fā)出安全、高效、長(zhǎng)壽的空氣電池，分別以有機(jī)材料鉀聯(lián)苯作負(fù)極、氧氣作正極，為可再生能源的儲(chǔ)存系統(tǒng)揭開新的一頁。

近年來，由堿金屬如鋰、鈉、鉀等跟氧氣組成的空氣電池因能量密度高、成本低等優(yōu)勢(shì)，贏得業(yè)界關(guān)注，但此類電池也存在生命周期短、空氣電極不穩(wěn)定、金屬易燃等缺點(diǎn)，使二次金屬空氣電池的研究停滯不前。

盧怡君表示，團(tuán)隊(duì)此次突破材料限制，以有機(jī)材料取代堿金屬，最終成功研發(fā)出鉀聯(lián)苯復(fù)合氧電池，其生命周期可高達(dá)3 000次循環(huán)、在高電流密度下的平均庫侖效率超過99.84%、且有機(jī)負(fù)極遇上水或常用的化學(xué)溶劑時(shí)并不會(huì)著火，大大提升了電池的安全度和穩(wěn)定性。她認(rèn)為，鉀聯(lián)苯復(fù)合氧電池是解決可再生能源供應(yīng)不穩(wěn)定的一個(gè)重要方法，帶動(dòng)環(huán)保能源的普及使用，長(zhǎng)遠(yuǎn)替代化石燃料，推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展。

據(jù)介紹，鉀聯(lián)苯復(fù)合氧電池的材料成本遠(yuǎn)低于堿金屬及鋰離子電池中的過渡金屬，并可應(yīng)用于大規(guī)模的儲(chǔ)電系統(tǒng)、中小型充電站及可再生能源收集等領(lǐng)域。（香港中文大學(xué)）