化學(xué)電源的新寵——鈉離子電池

1、化學(xué)電源的新寵鈉離子電池的研究進(jìn)展 匯匯 報(bào)報(bào) 人人 ：郭秋卜：郭秋卜學(xué)號：學(xué)號：315116002478目錄1 引言2鈉離子電池研究進(jìn)展3 我的工作4 總結(jié) 引言引言1引言引言電化學(xué)儲能技術(shù)的發(fā)展背景電化學(xué)儲能技術(shù)的發(fā)展背景 能源是支撐整個(gè)人類文明進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展須臾不可或缺的基本條件。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人類社會(huì)對能源的依存度不斷提高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前世界每年能源消費(fèi)總量的70%來源于不可再生的化石燃料(煤、石油、天氣）。中國與世界能源消耗結(jié)構(gòu)1引言引言電化學(xué)儲能技術(shù)的發(fā)展背景電化學(xué)儲能技術(shù)的發(fā)展背景 因此改變現(xiàn)有不合理的能源結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展可再生清潔能源，并逐步替代化石能源

2、，已成為人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展面臨的首要問題。風(fēng)能、太陽能、潮汐能、地?zé)崮艿染鶎儆诳稍偕鍧嵞茉?，將成為未來的主要能源來源。然而，可再生能源一般具有總量大、能量密度低、隨機(jī)性、間歇性等特點(diǎn)，導(dǎo)致其難以使用。在這種形勢下，發(fā)展高效便捷的儲能技術(shù)以滿足人類的能源需求成為世界范圍內(nèi)研究熱點(diǎn)。物理類儲能物理類儲能1引言引言電化學(xué)儲能電化學(xué)儲能電化學(xué)儲能技術(shù)的發(fā)展背景電化學(xué)儲能技術(shù)的發(fā)展背景目前目前主流的主流的儲能技術(shù)儲能技術(shù)效率高效率高1引言引言投資少投資少電化學(xué)儲能技術(shù)的發(fā)展背景電化學(xué)儲能技術(shù)的發(fā)展背景使用安全使用安全應(yīng)用靈活應(yīng)用靈活電化學(xué)電化學(xué)儲能儲能1引言引言幾類電化學(xué)儲電技術(shù)比較幾類電化學(xué)儲電技術(shù)

3、比較1799年年2013/12/13 Volta發(fā)明發(fā)明“伏打電池伏打電池”目前常用的目前常用的電化學(xué)儲能電化學(xué)儲能體系體系200 years液流電池液流電池超級電容器超級電容器二次電池二次電池 鉛酸電池鉛酸電池鎳鎳-鎘電池鎘電池鋰離子電池鋰離子電池鈉離子電池鈉離子電池鈉離子電池鈉離子電池研究進(jìn)展研究進(jìn)展2.鈉離子電池研究進(jìn)展鈉離子電池研究進(jìn)展 鈉離子電池鈉離子電池實(shí)際上是一種濃差電池，正負(fù)極由兩種不同的鈉離子嵌入化合物組成。充電時(shí)，Na+從正極脫嵌經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鈉態(tài)，正極處于貧鈉態(tài)，同時(shí)電子的補(bǔ)償電荷經(jīng)外電路供給到極，保證正負(fù)極電荷平衡。放電時(shí)則相反，Na+從負(fù)極脫嵌，經(jīng)過電

4、解質(zhì)嵌入正極，正極處于處于富鈉態(tài)。鈉離子電池簡介鈉離子電池簡介 鈉離子電池工作原理示意圖2.鈉離子電池研究進(jìn)展鈉離子電池研究進(jìn)展鈉離子電池體系的關(guān)鍵技術(shù)鈉離子電池體系的關(guān)鍵技術(shù) 鈉離子電池主要由正極、負(fù)極和電解液組成。其中，正、負(fù)極材料是電池的核心部件，其性能直接決定了電池的電化學(xué)性能，因而，開發(fā)性能優(yōu)異、價(jià)格低廉的鈉離子電池正負(fù)極材料將成為今后的研究重點(diǎn)。 幾種重要的鈉離子電池正、負(fù)極材料的容量和電壓值2.鈉離子電池研究進(jìn)展鈉離子電池研究進(jìn)展鈉離子電池體系的關(guān)鍵技術(shù)鈉離子電池體系的關(guān)鍵技術(shù)在尋找可行的鈉離子電池負(fù)極材料時(shí)，必須考慮以下要求：在尋找可行的鈉離子電池負(fù)極材料時(shí)，必須考慮以下要求：

5、 鈉嵌入的過程中電極電位變化較小，并接近金屬鈉的電位，從而保證電池的輸出電壓高； 鈉在主體材料中的可逆嵌入量和充放電效率要盡可能高，以保證電池具有較高的能量密度； 在鈉的脫嵌過程中，主體結(jié)構(gòu)的體積變化應(yīng)盡可能小，以獲得較好的循環(huán)穩(wěn)定性； 電極材料具有較高的電子電導(dǎo)率和鈉離子遷移速率，確保電池可以進(jìn)行大電流充放電； 與電解液的相容性好，同時(shí)具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性； 價(jià)格低廉，原料豐富，對環(huán)境無污染，容易制備。美國美國 Aquion Energy公司公司u負(fù)極：低成本活性炭，具有電化學(xué)電容效應(yīng)；u正極：Na0.44MnO2，倍率性能良好；u電解液：Na2SO4中性水溶液；u隔膜：無紡布；u

6、極板厚度為幾毫米；聚丙烯外包裝，方形疊堆結(jié)構(gòu)；u30Wh，可用電壓為0.5-1.8V $300/kWh，鋰電成本1/3； 5000次保持率85%2.鈉離子電池研究進(jìn)展鈉離子電池研究進(jìn)展2.鈉離子電池研究進(jìn)展鈉離子電池研究進(jìn)展鈉離子電池的優(yōu)勢與未來鈉離子電池的優(yōu)勢與未來原料資源原料資源豐富，成豐富，成本低廉，本低廉，分布廣泛分布廣泛能利用分解電勢能利用分解電勢更低的電解質(zhì)溶更低的電解質(zhì)溶劑及電解質(zhì)鹽，劑及電解質(zhì)鹽，電解質(zhì)的選擇范電解質(zhì)的選擇范圍更寬圍更寬有相對穩(wěn)定的電有相對穩(wěn)定的電化學(xué)性能，使用化學(xué)性能，使用更加安全更加安全優(yōu)勢優(yōu)勢我的工作我的工作3.我的工作我的工作工作流程圖工作流程圖想法(I

7、dea)尋找思路(Find)Synthesis of Amino Acids文獻(xiàn)確定方法(Way)1JACS 19952JOC 1987Synthesis of Amino Acids 開題NOONSynthesis of Amino Acids實(shí)驗(yàn) (Test)1JACS 19952JOC 1987實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)部分材料的材料的制備制備電化學(xué)電化學(xué)性能測性能測試試結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)和形貌的形貌的表征表征鈉離子負(fù)極材料SnS的制備及條件探究20304050607080-200020040060080010001200 intensity2thetaSnS 550 650 750Sncl2(550

8、)(650)75001002003004005006007000.00.51.01.52.02.5 voltage/Vspecific apacity/mAh/g 12 5 7 10 13SnCl2(750)實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)部分電化學(xué)性能測試電化學(xué)性能測試 將材料組裝成CR2025型扣式電池電池進(jìn)行充放電循環(huán)測試。按8:1:1的比例稱取活性材料和乙炔黑，混合均勻后，用PVDF做粘結(jié)劑，攪拌均勻后經(jīng)過后續(xù)的準(zhǔn)備工作，在真空手套箱中組裝成模擬電池。在室溫下用LAND電池測試系統(tǒng)對電池進(jìn)行恒電流循環(huán)充放電測試，電壓范圍為0.01-2V，電流密度1C=20mAg-1?？偨Y(jié)總結(jié)總結(jié)總結(jié)u 鈉離子電池是一種很有發(fā)展前景的，并有可能替代鋰離