儲能材料
關注創(chuàng)建者：葉零01 創(chuàng)建時間：2019-01-24
儲能材料的實例教程
近日，中國科學院深圳先進技術研究院先進材料科學與工程研究所（籌）在電介質儲能材料領域獲得新進展。該研究通過對填料粒子的設計，將具有高介電常數(shù)的鈦酸鋇粒子與具有高擊穿強度、高熱導率的氮化硼納米片進行結合，形成特殊結構的復合粒子，與聚合物復合后可顯著提高復合材料的擊穿強度和介電儲能性能。相關論文以Significantly Enhanced Electrostatic Energy Storage Performance of Flexible Polymer Composites by Introducing Highly Insulating-Ferroelectric Microhybrids as Fillers（高絕緣-鐵電復合微粒顯著提高柔性聚合物復合材料的靜電儲能性能）為題發(fā)表在權威刊物Advanced Energy Materials（《先進能源材料》，2018, 1803204，IF=21.875）。羅遂斌高級工程師為第一作者，于淑會研究員和孫蓉研究員為通訊作者。
圖(a) BT@BN復合顆粒的制備流程示意圖；(b) BT@BN復合顆粒TEM照片；(c) 復合材料擊穿強度。
電介質儲能技術具有異常快的能量轉換速率，同時具有工作時間長以及環(huán)境友好等特點，目前已經在現(xiàn)代電子電力工業(yè)如可穿戴電子、混合動力汽車、武器系統(tǒng)等領域得到廣泛應用。隨著電子器件向小型化和高性能化方向的發(fā)展，迫切需要具有高儲能密度的電介質材料。
為此，研究團隊將氮化硼納米片（BNNS）與鈦酸鋇（BT）納米顆粒的分散液進行混合和抽濾后，在較高溫度下處理，一定程度上熔融的BNNS將BT顆粒緊密包覆，形成復合顆粒BT@BN。
展開 4.2 納米尺寸效應
轉換電極中納米尺寸效應的第一原理研究受到幾個主要障礙的阻礙：（1）有限的計算能力，一個2 nm的Pt顆粒含有250個原子，這已經是一種高度密集的計算，首次放電后會出現(xiàn)1-5 nm的金屬顆粒；（2）必須建立一種方法用于模擬具有極端化學異質性的復雜氧化物/氧化物/氟氧化物納米復合材料；（3）轉化反應中的傳輸性能和相變機理目前在實驗或計算上都還不太清楚。
圖17 使用計算了九個方向的表面能的Wulff形狀的LiFePO4，右側的色標欄給出了表面的能量標度，單位是J m-2
4.3 界面效應
在M/Liz/yX（M=過渡金屬，X=O或F）納米復合材料發(fā)生的相關界面效應可以通過轉化反應獲得。在低壓下，鋰離子被儲存在氧化物的界面?zhèn)龋娮游挥诮饘賯龋@樣可導致電荷分離（具有高倍率性能的偽電容行為），而這種新型附加鋰儲存的界面機理依賴于所存在的納米顆粒。對于理解納米復合電極中的界面效應用于開發(fā)新型儲能材料至關重要，并且從頭算（ab initio）將會在此發(fā)揮關鍵作用。
【小結】
本文介紹了第一性原理計算如何加速搜尋可用于鋰電池的儲能電極材料。必須開發(fā)具有高能量、高功率、良好安全性和更長的循環(huán)壽命的新型電極材料，用以滿足日益增長的儲能需求，尤其是在運輸過程中的應用。盡管第一性原理計算已經成為了設計新電極材料用于鋰離子電池中的一種不可或缺的工具，然而更重要的是，需清醒地認識到仍有很多關于第一性原理計算的挑戰(zhàn)丞待解決。
展開 （圖片來源：eenews）
據(jù)外媒報道，卡爾斯魯厄理工學院（Karlsruhe Institute Of Technology）儲能系統(tǒng)的負責人Maximian Fichtner認為，未來幾年，動力電池將在兩個特定領域取得長足進步，其一是儲能材料，另外是電池結構領域。
在電池材料領域，負極材料的發(fā)展尤其喜人。據(jù)這位學者的說法，由石墨和硅構成的復合材料，可能很快取代目前占主導地位的純石墨。因為硅的存儲密度比石墨高十倍，能夠顯著增加電池的能量含量。
Fichtner預計，在電池結構方面，受益于新技術，相同外形可以容納更多的儲能材料。“在現(xiàn)有構造中，實際的活性儲能材料只占電池體積的25－30%，其余都是外殼、包裝和添加劑。未來的電池系統(tǒng)將更有效地利用安裝空間，使儲能材料的比例幾乎翻一番。”同時，新設計方法將有助于提高能量含量，并降低成本。
Fichtner認為，在固態(tài)電池開發(fā)過程中，如果用金屬鋰取代石墨負極，將使續(xù)航里程提升30－40%。“因此，固態(tài)電池被視為電池研究的圣杯。”然而，這方面的研究仍存在不確定性，因為這類電池還沒有實現(xiàn)規(guī)模化生產，具體成本也不甚明了。
今天，鋰離子電池已經可以實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產，生產成本大幅下降。如果使用磷酸鐵鋰正極材料，有可能跌破每千瓦時100美元。Fichtner表示：“這是一個神奇的門檻，低于這個門檻，電動汽車就會變得比內燃機車型便宜。”
基于所有已經或正在實現(xiàn)的改進措施，該KIT專家認為，不久的將來，電動汽車的續(xù)航里程或將遠遠超過500公里，“甚至很有可能達到1000公里。”
Fichtner認為，為了推廣電動汽車，除了改進電池，還需要進一步發(fā)展充電基礎設施。
展開 近日，云南大學材料與能源學院（云南省先進能源材料國際聯(lián)合研究中心）郭洪教授團隊以云南大學為第一通訊單位，在國際著名期刊Advanced Functional Materials (Nature Index收錄的期刊，IF=16.83) 發(fā)表新能源存儲材料最新突破性進展“Dual-Active-Center of Polyimide and Triazine Modified Atomic-Layer Covalent Organic Frameworks for High-Performance Li Storage”。博士研究生趙根福為論文第一作者，郭洪教授為通迅作者。
作為一種高性能的能量存儲裝置，鋰離子電池已廣泛應用于各類移動電源和其他可再生清潔能源載體上。開發(fā)高性能、可持續(xù)的綠色電極材料對鋰離子電池的發(fā)展至關重要。與傳統(tǒng)的無機化合物相比，共價有機框架（COF）是一類組分、結構可設計，強穩(wěn)定性的多孔晶態(tài)框架材料，因其功能性有機單元的框架結構展現(xiàn)出開放的離子和電子傳輸通道，近年來出現(xiàn)在電化學儲存的舞臺上。作為一種理想的鋰儲存電極材料，COF仍存在許多亟待解決的問題，如結構強的π-π相互作用導致了低的氧化還原位點利用率，直接影響了其可逆儲能容量。因此，如何精確設計原子層結構的COF分子結構，實現(xiàn)對材料結構層間或內部活性儲鋰位點的充分激發(fā)與利用,將對COF類材料在儲能領域的應用開辟新的思路。
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背景介紹
相變材料(Phase Change Materials, PCMs)作為能量儲存和轉換材料，不僅可以在相變過程中吸收和釋放潛熱，還可以通過可控的潛熱吸收和釋放來調節(jié)目標物周圍的溫度。因此，PCM在熱管理和溫度調節(jié)方面具有潛在的應用前景。雖然PCM在熱能利用和熱管理領域具有很大的潛力，但大多數(shù)PCM光熱轉換性能較差，限制了PCM的太陽能利用效率。因此，探索具有優(yōu)異光熱轉換性能的相變材料至關重要。
研究人員在 PCM中加入了光熱轉換材料來增強其吸收陽光的性能，以獲得良好的光熱相變儲能性能。鎵銦合金(EGaIn)作為一種液態(tài)金屬，因其流動性強、電導率高、導熱性好，在柔性可穿戴電子產品、熱界面材料等領域得到了廣泛的應用。到目前為止，基于EGaIn的光熱相變儲能材料的報道很少，主要是由于EGaIn的儲能性能較低。因此，同時提高EGaIn的光熱轉換和儲能性能，對于拓寬EGaIn在光熱相變儲能領域的應用具有重要的科學意義。在之前的工作中，硬脂酸-鎵銦合金（STA-EGaln）TA-EGaIn作為一種有機相變儲能材料，由于相變過程中固有的液體泄漏，其大規(guī)模應用受到限制。因此，克服光熱相變儲能系統(tǒng)的泄漏是至關重要的。
多孔支架與 PCM相結合是防止相變過程中泄漏的有效方法。在之前發(fā)表的研究中，多孔支架在防止相變材料泄漏方面取得了優(yōu)異的效果。但這些多孔支架的不可生物降解性會對環(huán)境造成負面影響，因此許多研究人員將重點轉向了基于生物質材料的支架。然而，有機PCMs的導熱性差也極大地限制了纖維素/有機PCMs復合材料的實際應用。
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為搶占新型儲能產業(yè)制高點和產業(yè)發(fā)展前沿，將新型儲能產業(yè)打造成為廣東省“制造業(yè)當家”的戰(zhàn)略性支柱產業(yè)，根據(jù)《國家發(fā)展改革委 國家能源局關于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見》《廣東省培育新能源戰(zhàn)略性新興產業(yè)集群行動計劃（2021-2025年）等政策，發(fā)展目標主要聚集新型儲能產業(yè)鏈關鍵材料、核心技術和裝備自主可控水平大幅提升，全產業(yè)鏈競爭優(yōu)勢進一步凸顯，市場機制、標準體系和管理體制更加健全，大型骨干企業(yè)規(guī)模實力不斷壯大
2.儲能展區(qū)
◆儲能材料、技術、產品、設備、儲熱中高溫應用；離網逆變器；各類蓄電池（鎳氫電池、釩液流電池、鋰離子電池、鈉離子電池、鉛酸蓄電池、鈉硫電池、液流電池等）；電容器；儲能應用解決方案；充交換電站產品；新能源汽車；充電樁；家庭儲能系統(tǒng)等儲能技術及產品等。
2.儲能展區(qū)
◆儲能材料、技術、產品、設備、儲熱中高溫應用；離網逆變器；各類蓄電池（鎳氫電池、釩液流電池、鋰離子電池、鈉離子電池、鉛酸蓄電池、鈉硫電池、液流電池等）；電容器；儲能應用解決方案；充交換電站產品；新能源汽車；充電樁；家庭儲能系統(tǒng)等儲能技術及產品等。
2.儲能展區(qū)
◆儲能材料、技術、產品、設備、儲熱中高溫應用；離網逆變器；各類蓄電池（鎳氫電池、釩液流電池、鋰離子電池、鈉離子電池、鉛酸蓄電池、鈉硫電池、液流電池等）；電容器；儲能應用解決方案；充交換電站產品；新能源汽車；充電樁；家庭儲能系統(tǒng)等儲能技術及產品等。
超級電容器研究進展：從電極材料到儲能器件［J］. 儲能科學與技術， 2016（6）：12.
[2]徐樂， 鄧忠偉， 謝翌，等. 鋰離子電池高精度機理建模，參數(shù)辨識與壽命預測研究進展［J］. 機械工程學報， 2022， 58（22）：18.
[3]GAYON-LOMBARDO A， MOSSER L， BRANDON N P， et al.
總結：本研究通過簡單的機械球磨工藝制備了一種具有優(yōu)異光吸收性能的新型EGaIn基相變儲能材料(STA-EGaIn)。采用定向冷凍干燥法和烷基化反應法制備了木片激發(fā)纖維素納米晶氣凝膠，同時提高了木片激發(fā)纖維素納米晶氣凝膠的防漏和浸漬性能。為了提高STA-EGaIn的導熱性能和光熱性能，引入MoS2來降低STA-EGaIn的界面熱阻，調整EGaIn基相變儲能復合材料的光吸收性能。
本屆展會總面積逾10000㎡，其展出內容涵蓋光伏及儲能產業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)，包括：光伏生產設備、光伏電池、光伏組件、光伏原材料、光伏應用產品、光伏工程及系統(tǒng)、各類儲能電池、儲能材料、儲能系統(tǒng)配件、儲能應用解決方案等，具有極強的專業(yè)性。
本屆全數(shù)會的展會部分共分為四大展區(qū)，包括智慧光伏與儲能展區(qū)、WAIE物聯(lián)網與人工智能展區(qū)、光電技術博覽展區(qū)、數(shù)字化工業(yè)展區(qū)等。
儲能材料與應用:儲能材料及儲能設備及組件、儲能技術及材料、儲能設備及組件、儲能系統(tǒng)及EPC工程、分布式能源與儲能系統(tǒng)、集中式可再生能源發(fā)電系統(tǒng)、儲能電源等。
氫能設備與技術存儲：氫燃料汽車與其他交通工具、制氫設備技術與氫氣供應、加氫設備、氫氣儲運及相關設備等。
江蘇珈云新材料有限公司首席工程師滕凱明，從高性能氣凝膠在新能源的不同應用角度切入，介紹了公司的主營產品和氣凝膠的性能特點，針對氣凝膠材料在儲能系統(tǒng)場景中的應用進行探討，并分享了氣凝膠在儲能系統(tǒng)熱管理中的具體應用案例。
來源 | Journal of Energy Storage
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背景介紹
解決世界能源問題和減緩全球變暖需要創(chuàng)新的傳熱技術。通過利用傳熱領域的最新進展，可以開發(fā)出提高能源效率、高效利用清潔能源、減少環(huán)境污染和碳排放的創(chuàng)新解決方案。
新型傳熱技術的開發(fā)和實施對于應對全球能源和環(huán)境挑戰(zhàn)以及確保電子元件的可靠運行至關重要
