2021年05月17日

新型"双高"混合电化学储能装置的研究进展

2021-03-31 11:06   来源: 互联网

锂离子电池和超级电容器是常用的电化学储能装置。记者从中国科学院大连化学材料研究所获悉,该研究所研究员吴忠帅在混合电化学储能装置方面取得了新进展,建立了一种与锂离子电池工作机制类似的电池-超级电容器混合储能装置,并通过电极容量和动力学的"双匹配"策略实现了设备能量和功率密度的"双高"。


据报道,该储能装置的性能优于以往报道的具有摇椅结构的锂离子电池-超级电容器混合储能装置,也优于其它具有电极容量或动态失配的混合储能装置,为"双高"混合储能装置的配置设计和电极优化策略提供了新的思路,其结果发表在"能源与环境科学"杂志上。


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传统的锂离子电池由于体积反应慢、功率性能差而受到限制。超级电容器采用快速的表面处理来存储电荷和低能量密度。这两种"种子播放器"不能满足对能量和功率密度的高要求的应用场合。


过去,研究人员主要使用电池负极和双层电容正电极,但在器件结构的充放电过程中所需的离子是由电解质提供的,这导致了大量的电解质,而且其性能还受到电池电极与电容电极之间非常不匹配的电荷存储容量和电极动力学的限制。


吴忠帅介绍说,他们选择了具有本征锂离子插层伪电容特性的正交五氧化铌作为负极,镍钴铝三元氧化物(NCA)锂离子电池材料作为正极,使锂离子在正负极之间来回穿梭,并构建了摇椅式锂离子电池-超级电容器混合储能装置。


在这种装置中,正电极和负电极都有很高的氧化还原容量,但在高压正电极中应用纳米结构可能会导致无源表面重建和电极/电解质界面不稳定。因此,研究小组构建了一个三维导电网络,以降低充放电过程中的内阻和极化,最终使正负电极具有高度匹配的容量和速率性能。

责任编辑:无量渡口
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