鎂電池的案例
南京大學(xué)：新型鎂電池負(fù)極材料！
采用金屬鎂作為負(fù)極的可充電鎂電池具有資源豐富、理論比能量高、無鋰枝晶生長、安全性好、價格低廉等潛在的優(yōu)點。然而，由于二價Mg2+的極性較大、Mg2+嵌入到正極材料中的動力學(xué)緩慢等問題，嚴(yán)重制約了鎂電池的實際性能。到目前為止，在鎂電池中只有少數(shù)的金屬/合金型或離子嵌入型負(fù)極材料表現(xiàn)出合適的放電容量和循環(huán)穩(wěn)定性。
為了改善鎂電池電極材料的綜合性能，必需對其原子結(jié)構(gòu)和表界面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。電極材料中的晶格缺陷，例如氧空位，對于過渡金屬氧化物的物理和化學(xué)性質(zhì)有很大影響。電極材料中的氧空位可以促進(jìn)電子和離子的傳輸，有效提高電池的電化學(xué)性能。
化學(xué)化工學(xué)院金鐘教授和馬晶教授團(tuán)隊密切合作，提出了一種新的原子取代方法，以超薄TiS2納米片為前驅(qū)體來合成含有豐富氧空位（OVs）的超薄、多孔、黑色TiO2-x (B-TiO2-x)納米片，用于鎂電池負(fù)極材料。
圖1. B-TiO2-x超薄納米片的合成示意圖、形貌和儲鎂性能。
實驗結(jié)果和DFT理論計算均證實，B-TiO2-x電極材料中存在的大量OVs能夠顯著提高材料的導(dǎo)電性和提供大量的鎂離子存儲位點，并表現(xiàn)出了較快的電化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)和優(yōu)異的比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。該工作證明利用缺陷工程策略可以有效改善鎂電池電極材料的整體電化學(xué)性能。
圖2. DFT理論計算結(jié)果證實B-TiO2-x超薄納米片的氧空位有利于鎂離子存儲。
展開 豐田合作休斯頓大學(xué) 提升鎂離子電池性能
休斯頓大學(xué)（University of Houston）和豐田美國研究院（University of Houston）的研究人員發(fā)現(xiàn)一種非常具有前景的高能量鎂電池，其潛在應(yīng)用范圍包括電動汽車、可再生能源系統(tǒng)的電池存儲等。
Joule期刊表示，該款電池是第一款在使用有機(jī)電極時，使用有限電解質(zhì)進(jìn)行操作的電池，研究人員表示該電池通過使用不含氟化物的電解質(zhì)，可以存儲和釋放比早期鎂電池更多的能量。
休斯頓大學(xué)電氣和計算機(jī)工程副教授Yan Yao表示，研究人員可以證實常用電解液中的氟化物會導(dǎo)致電池性能下降。
科學(xué)家們花費了數(shù)十年時間尋找高能量鎂電池，希望利用鎂相對于鋰的天然優(yōu)勢（鋰是標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池中使用的元素）。但是，鎂更常見，因此也更便宜，而且其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不易發(fā)生破壞（鋰離子電池經(jīng)常因此而發(fā)生爆炸和著火）。
但是鎂電池只有在可以存儲和釋放大量能量時才具有商業(yè)競爭力。Yao表示，以前使用的陰極和電解質(zhì)材料一直都是絆腳石。
到目前為止，鎂電池使用的最佳陰極是近20年前研發(fā)的Chevrel相硫化鉬，但是其在電力和儲能方面無法與鋰離子電池競爭。但最近的報告表明，有機(jī)陰極材料可以在室溫下提供高存儲容量，而且所測試的有機(jī)聚合物陰極比Chevrel相硫化鉬提供的電壓更高。
Yao表示，未來的研究將重點集中于進(jìn)一步提高電池的比容量和電壓，以與鋰電池進(jìn)行競爭。
來源：蓋世汽車網(wǎng)
展開 科研人員開發(fā)出高性能鎂電池用凝膠聚合物電解質(zhì)
鎂二次電池作為一種低成本、高安全的儲能技術(shù)，正受到國內(nèi)外廣大科研人員的關(guān)注。美國能源部可再生能源實驗室、日本豐田集團(tuán)、歐盟“展望2020”科研計劃等都在積極布局鎂電池研發(fā)項目，足可見其重要性。在眾多堿金屬和堿土金屬負(fù)極中（鋰、鈉、鉀、鎂、鈣、鋅），鎂金屬負(fù)極擁有不易長枝晶、高體積比容量（3833mAh/cm3，鋰金屬僅有2036mAh/cm3）、高儲量（地殼元素中含量第五）、低成本（只有鋰金屬的1/30）等諸多競爭性優(yōu)勢。但是，目前能夠有效沉積溶解鎂的鎂電解質(zhì)一直制約著鎂電池實用化的發(fā)展進(jìn)程。盡管十多年來研究人員開發(fā)出了一些性能優(yōu)異的有機(jī)液態(tài)電解液，但是液態(tài)電解液始終擺脫不了易揮發(fā)、易燃等缺點。與液態(tài)電解液相比，聚合物電解質(zhì)具有更高安全性、預(yù)防內(nèi)短路、無電解液泄露、易于組裝電池和結(jié)構(gòu)柔性等優(yōu)點，但是目前關(guān)于聚合物電解質(zhì)在鎂電池中的應(yīng)用報道還很少。
圖1 凝膠聚合物電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用領(lǐng)域示意圖
圖2 硼氫化鎂與聚四氫呋喃端羥基的原位交聯(lián)反應(yīng)示意圖
基于以上研究背景，依托中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所建設(shè)的青島儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院通過硼氫化鎂與聚四氫呋喃端羥基的原位交聯(lián)反應(yīng)，在玻璃纖維骨架上構(gòu)建了一種能夠可逆地沉積溶解鎂的凝膠聚合物電解質(zhì)體系。該凝膠電解質(zhì)表現(xiàn)出高的鎂離子遷移數(shù)（0.73）和高的室溫離子電導(dǎo)率（4.76×10-4 S/cm）。而裝配該凝膠電解質(zhì)體系的Mo6S8/Mg電池不僅能在寬溫區(qū)（-20-60℃）內(nèi)正常工作，而且展現(xiàn)出優(yōu)異的安全性能。這種原位交聯(lián)的方法為鎂電池聚合物電解質(zhì)的進(jìn)一步開發(fā)提供了一種十分有應(yīng)用潛力的策略。相關(guān)成果發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上，論文第一作者為青島能源所博士生杜奧冰。
展開 南京大學(xué)張曄課題組《Angew》：一種高能量密度的鎂空氣電池！
鋰、鈉等金屬離子電池能量密度較低，鋅、鋁等金屬空氣電池通常需要使用堿性電解質(zhì)，生物毒性較大。
鎂空氣電池具有較高的理論能量密度，使用中性電解質(zhì)，且鎂生物安全性較高，是一種較為理想的體內(nèi)能源設(shè)備。然而，目前報道的鎂空氣電池實際能量密度低，一方面是由于鎂負(fù)極和水系電解質(zhì)容易發(fā)生腐蝕反應(yīng)。另一方面放電產(chǎn)物氫氧化鎂會附著在鎂金屬表面，阻止電解質(zhì)和鎂的接觸，使放電反應(yīng)停止，降低鎂負(fù)極的利用率。
南京大學(xué)張曄課題組等設(shè)計了一種雙層凝膠電解質(zhì)，實現(xiàn)了對鎂金屬負(fù)極的保護(hù)以及對放電產(chǎn)物的調(diào)控，獲得了具有高能量密度的鎂空氣電池（2282 W h·kg-1，基于全部空氣電極和鎂負(fù)極的質(zhì)量），遠(yuǎn)高于目前文獻(xiàn)中采用合金化負(fù)極和抗腐蝕電解液等策略的鎂空氣電池。該研究成果以“High-energy-density magnesium-air battery based on dual-layer gel electrolyte”為題發(fā)表于國際知名學(xué)術(shù)期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition）。
論文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202104536
雙層凝膠電解質(zhì)是由聚氧化乙烯有機(jī)凝膠和聚丙烯酰胺水凝膠組成，兩層凝膠可以形成穩(wěn)定界面，其中聚氧化乙烯有機(jī)凝膠有效保護(hù)鎂金屬，抑制腐蝕。聚丙烯酰胺水凝膠電解質(zhì)不僅為空氣電極發(fā)生的氧還原反應(yīng)提供了必要的水，而且研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用含氯金屬鹽(氯化鋰、氯化鈉)的水凝膠時，鎂空氣電池的放電產(chǎn)物為具有獨特針狀結(jié)構(gòu)的Mg2Cl(OH)3，而不是文獻(xiàn)中通常報道的致密的氫氧化鎂。
展開 
青島科大《Adv Mater》：金屬鎂電池負(fù)極改性方面取得重要進(jìn)展！
可充電金屬鎂電池是以金屬鎂為負(fù)極的一類廉價、高安全性且具有高能量密度等潛在優(yōu)勢的新型電化學(xué)儲能技術(shù)，其有望成為解決可再生能源利用效率低、電能源使用安全性差等問題重要儲能技術(shù)之一。然而，當(dāng)前金屬鎂負(fù)極在較高電流密度、較高面容量以及不同電解液中存在不均勻電沉積甚至枝晶生長等行為。此外，金屬鎂負(fù)極在多數(shù)電解液體系中存在較大的沉積/溶解過電勢（通常大于100 mV）和較差的沉積/溶解庫倫效率，上述問題直接影響著可充電金屬鎂電池的安全運行、可逆容量以及循環(huán)壽命等電化學(xué)性能。
青島科技大學(xué)材料學(xué)院張忠華副教授、李桂村教授和中科院青能所崔光磊研究員等人在金屬鎂電池負(fù)極電沉積形貌調(diào)控方面提出了基于勻化電場、幾何限域以及化學(xué)吸附等協(xié)同耦合的改性策略，該科研成果以“Uniform magnesium electrodeposition via synergistic coupling of current homogenization, geometric confinement and chemisorption effect”為題發(fā)表在材料領(lǐng)域國際著名期刊Advanced Materials（影響因子27.398）上。該工作青島科技大學(xué)為第一單位，第一作者為該校材料學(xué)院2018級碩士研究生宋子豪。
文章鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202100224
本工作研究了在宏觀和微觀尺度下金屬負(fù)極均勻生長的臨界條件：
1）電場效應(yīng)：
以Haring-Blum電池模型為基礎(chǔ)，采用近陰極和遠(yuǎn)陰極表面電流密度之差來描述電流密度分布，即由電極表面的尺寸差所引起的電場效應(yīng)。
展開 2018汽車材料細(xì)分領(lǐng)域十大熱點新聞--動力電池
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東芝研發(fā)成功全新一代SCiB車用鋰離子電池
此前東芝官方宣布，已經(jīng)成功研發(fā)全新一代車用超級充電鋰離子電池（SCiB），具備能量密度高，極速充電等優(yōu)點。
東芝在其2008推出的SCiB基礎(chǔ)上開發(fā)出以鈦鈮氧化物為負(fù)極材料的鋰離子電池，其鋰離子存儲量是以石墨為負(fù)極材料鋰電池的兩倍。與此同時，東芝還展示了新型鋰電池的樣品，50Ah，尺寸僅111mm x 194mm x 14.5mm。據(jù)悉，其充電6分鐘就能達(dá)到90%的電量，而傳統(tǒng)電動車的鋰電池即便采用快充，30分鐘才只能充到80%。根據(jù)東芝官方的實測數(shù)據(jù)（日本JC08標(biāo)準(zhǔn)），這種新型鋰離子電池可達(dá)到充電6分鐘，行駛320公里的驚人表現(xiàn)，是傳統(tǒng)鋰離子電池的三倍。
據(jù)介紹，新一代鋰電池充放電5000次之后，依然能夠保持90%以上的電池容量，損耗率極低。另外，在零下10℃的低溫環(huán)境中也能實現(xiàn)快充。據(jù)悉，新一代SCiB電池有望在2019年實現(xiàn)商用。
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本田稱研發(fā)出首塊商用鎂電池
本田公司對外宣布與崎玉縣產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合中心合作，開發(fā)出了世界上第一塊可以實際應(yīng)用的鎂充電電池。本田公司希望在2018年實現(xiàn)鎂電池的商用化，并徹底代替鋰電池。
鎂離子電池比鋰離子電池具有更大的儲能能力，是商用鋰離子電池的4倍左右，可以使汽車行使更長的里程。
同時，采用鎂作為負(fù)極，在反復(fù)充放電過程中不會產(chǎn)生枝晶，因此循環(huán)性能非常優(yōu)良，多次充放電后損耗較小。
展開 中日研發(fā)高速氣動懸浮列車 時速可達(dá)400-500公里
接下來，中日團(tuán)隊將基于新設(shè)計的“LOOP”造型，為其配備阻燃性的鎂合金車身并開展更加深入的試驗研究與驗證。
根據(jù)規(guī)劃，日本將于2025年開通第一條高速氣動懸浮列車線路，“計劃從日本成田機(jī)場到羽田機(jī)楊，全部走地下隧道，設(shè)計時速400公里，10多分鐘就可以實現(xiàn)兩個機(jī)場的互通，而現(xiàn)在從地面上走要一個多小時。第二條從東京到大阪，時速500公里，一小時之內(nèi)可實現(xiàn)兩地的互通，而目前需要兩個小時。”
“東京到大阪這條線，全采用自然能源，我們沿軌道對氣候、風(fēng)力等進(jìn)行了測試。根據(jù)這個區(qū)域的太陽照射時間安裝太陽能板，依據(jù)風(fēng)的自然條件安裝風(fēng)車。”賴晨光說，“現(xiàn)有技術(shù)沿途所收集和轉(zhuǎn)化的太陽能和風(fēng)能，能夠驅(qū)動這個系統(tǒng)每12分鐘一次往返。按三節(jié)車廂、每節(jié)車廂120人計算，一次能運送360人?！? 賴晨光說，這個只用自然能源驅(qū)動、零污染的項目，看似不太可能完成，而實際上卻離老百姓的生活很接近。
研發(fā)車身材料 意外發(fā)現(xiàn)鎂空氣電池
在對高速氣動懸浮列車材料的研究中，研發(fā)團(tuán)隊還“意外”發(fā)現(xiàn)了高效的鎂空氣電池。
在材料研發(fā)時，日本東北大學(xué)的小濱泰昭教授提出用鎂合金來做車身材料，因為鎂合金輕而且強(qiáng)度高。在研究加工鎂合金的過程中，小濱泰昭發(fā)現(xiàn)，“鎂合金和空氣反應(yīng)會放電，于是小濱泰昭又開始對鎂空氣電池進(jìn)行研究，并取得了非常大的進(jìn)展?！? “而高效、可控鎂空氣電池的出現(xiàn)，將對新能源汽車的開發(fā)有極大的促進(jìn)?，F(xiàn)在已有幾家企業(yè)投資幾十億元，大力推進(jìn)該鎂空氣電池的產(chǎn)業(yè)化?！辟嚦抗饨榻B，高效、可控鎂空氣電池的出現(xiàn)，對中國有極大的好處，“中國的鎂礦儲量很大，而且質(zhì)量也非常好。按照小濱泰昭的估算，鎂足夠人類使用數(shù)億年，產(chǎn)生的氧化鎂還能夠利用太陽進(jìn)行還原，可謂是取之不盡，用之不竭，用鎂來發(fā)電，鎂氧化過程中產(chǎn)生能量，能效比驚人的高。比現(xiàn)在的電池能量密度高很多?！?
展開 太原理工《JPS》：晶體取向?qū)τ?em>鎂陽極電化學(xué)和放電性能的影響！
金屬空氣電池具有較高的比能量、材料來源豐富和環(huán)保無污染等優(yōu)點，是傳統(tǒng)能源的理想替代品。常見的金屬-空氣電池的有鋰 (Li)-空氣、鋅 (Zn)-空氣、鋁 (Al)-空氣和鐵 (Fe)-空氣等。在所有金屬空氣電池中，鋰空氣電池擁有最高的理論能量密度(13.3 kW h kg -1)以及較高的理論電壓(2.91 V)。然而，金屬鋰的高成本和使用的安全問題限制了其廣泛應(yīng)用。鋁空氣電池也具有良好的理論電池性能，但高的過電位（牢固吸附在陽極表面的鈍化膜）以及較高自放電速率阻礙了鋁空氣電池的進(jìn)一步應(yīng)用。
鎂空氣電池結(jié)構(gòu)簡單，成本相對較低，具有較高的理論電壓(3.1 V)和比能量密度 (6.8 kW h/ kg)。然而，目前鎂空氣電池的廣泛應(yīng)用主要受到以下幾方面的限制：第一，緩慢的陽極反應(yīng)動力學(xué)和放電產(chǎn)物在電極表面粘附引起的較大過電位，導(dǎo)致電池電壓降低；第二，放電過程中金屬鎂在鹽溶液中發(fā)生的嚴(yán)重自腐蝕和未溶解的金屬顆粒、第二相從基體表面的脫落，導(dǎo)致陽極效率和比能量密度降低；第三，間歇放電性能差，放電過程不穩(wěn)定，電壓滯后時間長。
展開 中科院青島能源所崔光磊研究員課題組Angew：巧用502膠水“粘合”破損鋰電池--高性能鋰硫電池用防泄漏電解液的開發(fā)
對軟包電池進(jìn)行防泄漏測試發(fā)現(xiàn)，商業(yè)電解液由于泄露和易燃性而劇烈燃燒；而采用防泄漏電解質(zhì)的軟包電池不燃燒，確保電池在點火后的安全性。同時，電解液因泄露帶走了大量的活性物質(zhì)，使得電池的首周容量損失高于50%，而防泄漏電池具有高達(dá)95%的容量保持。
圖2 鋰硫電池的電化學(xué)性能（a）多硫化物擴(kuò)散觀察，（b）扣式電池的倍率性能，（c）扣式電池在0.5 C倍率下的循環(huán)性能
圖2a多硫化物的擴(kuò)散實驗顯示，防泄漏電解質(zhì)在電池6小時放電后未見明顯的顏色變化，有力證明了其對多硫化物擴(kuò)散的抑制作用。得益于此，利用純硫電極（載量1.0 mg cm─2）的扣式電池在2 C的倍率下依然可以發(fā)揮455 mAh g–1的容量且在0.5 C倍率下可進(jìn)行300周的穩(wěn)定循環(huán)。
本工作利用硫化物快離子導(dǎo)體進(jìn)攻PECA獲得原位聚合大陰離子來調(diào)控醚類電解液的化學(xué)組成，獲得了強(qiáng)極性、高電導(dǎo)率同時可有效抑制多硫化物穿梭的防泄漏電解液，并成功應(yīng)用于高性能鋰硫電池，在鋰電池的防泄漏領(lǐng)域開辟了新思路。
論文第一作者為中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所鞠江偉博士、董杉木研究員、崔艷艷，通訊作者為崔光磊研究員。
展開 【科普系列】金屬增材制造
DOI:10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000235
【科普系列】納米SiC纖維在SiCf/SiC復(fù)合材料中的應(yīng)用
【科普系列】富鋰錳基正極材料研究進(jìn)展
【科普系列】鎂電池簡介
【科普系列】基于片狀粉末冶金的石墨烯/鋁基復(fù)合材料過程控制與力學(xué)性能
【科普系列】有限元軟件如何助力鑄造過程
【科普系列】金屬智能材料-形狀記憶合金
吉林大學(xué)于吉紅院士團(tuán)隊《Nature》：在固態(tài)鋰空電池研發(fā)方面取得重要進(jìn)展
吉林大學(xué)于吉紅院士研究團(tuán)隊設(shè)計研制了一種基于分子篩薄膜的全新固態(tài)電解質(zhì)材料，該電解質(zhì)展現(xiàn)出高達(dá)2.7×10?4S cm?1的離子電導(dǎo)率、低至1.5×10?10S cm?1的電子電導(dǎo)率、以及對空氣成分和鋰負(fù)極的高度穩(wěn)定性，有效解決了傳統(tǒng)固態(tài)電解質(zhì)材料的界面構(gòu)建困難、內(nèi)部鋰枝晶和穩(wěn)定性差等問題，并通過原位生長策略設(shè)計構(gòu)建了一體化柔性固態(tài)鋰空氣電池（圖1a）。得益于良好的“電解質(zhì)-電極”低阻抗接觸界面（圖1b），該電池在實際空氣環(huán)境中展現(xiàn)出12020 mAh g?1的超高容量和149次的超長循環(huán)壽命（500 mA g?1和1000 mAh g?1），遠(yuǎn)優(yōu)于基于當(dāng)前最穩(wěn)定的NASICON型LAGP固態(tài)電解質(zhì)的固態(tài)鋰空氣電池（12次），甚至優(yōu)于同等條件下使用有機(jī)電解液的鋰空氣電池（102次）（圖1c）。同時，該電池展現(xiàn)出優(yōu)異的柔性、高的安全性和良好的環(huán)境適應(yīng)性（圖1d-f），并兼顧環(huán)境友好、成本低廉、工藝簡單的生產(chǎn)需求。分子篩固態(tài)電解質(zhì)的應(yīng)用還有望拓展到鋰離子電池、鈉離子電池、鎂離子電池、鈉空氣電池等固態(tài)儲能體系，展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。新型分子篩固態(tài)電解質(zhì)的成功研制，為固態(tài)電解質(zhì)材料和固態(tài)儲能器件的發(fā)展提供了新思路。
圖1：a，分子篩基固態(tài)鋰空氣電池一體化設(shè)計。b，分子篩固態(tài)電解質(zhì)-碳納米管正極一體化結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖和透射電鏡圖。c，基于有機(jī)電解液、商用LAGP和分子篩固態(tài)電解質(zhì)的鋰空氣電池的循環(huán)壽命對比。d，厚度僅為0.33mm的固態(tài)鋰空氣電池的光學(xué)照片。e，固態(tài)鋰空氣電池的柔性。f，固態(tài)鋰空氣電池的安全性和環(huán)境適應(yīng)性。
這一研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、111項目等支持。吉林大學(xué)為論文唯一完成單位。
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【科普系列】Fe基非晶粉末應(yīng)用簡介
doi: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000953
【科普系列】鎂電池簡介
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【科普系列】基于片狀粉末冶金的石墨烯/鋁基復(fù)合材料過程控制與力學(xué)性能
【科普系列】Ti-Ni基形狀記憶合金的粒子輻照效應(yīng)
我國研制出石墨烯基鋁燃料電池發(fā)電系統(tǒng)
金屬燃料電池，又稱為金屬空氣電池或金屬空氣燃料電池，是一種將鎂、鋁等輕金屬為燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。它具有能量密度高、低熱輻射、低噪音、儲存時間久、放電壽命長、適配溫度范圍寬、安全系數(shù)高、資源豐富及綠色無污染等優(yōu)勢，在智能電網(wǎng)、基站備用電源、島礁供電、軍事設(shè)施備用電源及電動汽車增程器等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
一直以來，鋁燃料電池面臨諸多技術(shù)瓶頸，如錳氧化物催化劑活性不高、空氣陰極極化電阻較大、陽極鋁析氫自腐蝕嚴(yán)重、熱控制難及難以二次啟動等，使得鋁燃料電池產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用進(jìn)展緩慢。
中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所動力鋰電池工程實驗室的研究團(tuán)隊始終秉持把科技變成生產(chǎn)力的理念，歷時近五年時間，在電池設(shè)計及系統(tǒng)集成技術(shù)方面進(jìn)行了深入研究。2015年成功研制出能量密度400Wh/kg、容量3kWh、輸出功率300W的鎂燃料電池發(fā)電系統(tǒng)。2017年開發(fā)出高性能石墨烯基鋁燃料電池核心部件（如圖1），并成功研制出能量密度510Wh/kg、容量20kWh、輸出功率1000W的基于石墨烯空氣陰極的鋁燃料電池發(fā)電系統(tǒng)。
圖1 石墨烯基鋁燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖和核心部件
近期，該研究團(tuán)隊聯(lián)合浙江省石墨烯制造業(yè)創(chuàng)新中心研發(fā)團(tuán)隊大力推進(jìn)鋁燃料電池的工藝開發(fā)和工程樣機(jī)研制，成功研制出能量密度高達(dá)545Wh/kg、容量達(dá)130kWh的石墨烯基鋁燃料電池發(fā)電系統(tǒng)（見圖2）。
圖2 1000W及3000W石墨烯基鋁燃料電池發(fā)電系統(tǒng)
該系統(tǒng)由6個10單元電池串聯(lián)電池堆的陣列組成。測試結(jié)果表明，50A電流放電功率可達(dá)到3000W，峰值功率預(yù)計可高達(dá)4800W（見圖3）。
圖3 3000W石墨烯基鋁燃料電池發(fā)電系統(tǒng)性能曲線
該電池系統(tǒng)有望應(yīng)用于電動汽車等的動力電源或備用電源。
展開 鑄造新聞：每天5分鐘，了解全新鑄造業(yè)（1月5日）
五、天道新能源投建鎂合金材料新能源汽車零部件生產(chǎn)基地
日前，國內(nèi)新能源物流車領(lǐng)軍企業(yè)湖北天道新能源汽車制造有限公司與華夏幸?；鶚I(yè)股份有限公司簽約，正式落戶湖北嘉魚產(chǎn)業(yè)新城，將投資建設(shè)輕量化鎂合金材料新能源汽車零部件生產(chǎn)基地。這里將成為母公司的上游配套企業(yè)，將輕量化鎂合金材料新能源汽車零部件制造的核心技術(shù)，用于生產(chǎn)鎂合金汽車輪轂、鎂合金汽車動力電池箱體及支架、電機(jī)傳動一體箱、進(jìn)氣歧管等新能源汽車核心零部件的生產(chǎn)基地。
電化學(xué)儲能基本問題綜述
此類尺寸效應(yīng)廣泛存在于鋰離子電池、鈉離子電池以及鎂離子電池等電化學(xué)儲能器件中。
在電化學(xué)儲能器件實際應(yīng)用中，由于納米材料具有高的比表面積，在電極和電解液的界面加劇了副反應(yīng)的發(fā)生，尺寸的減小并不一定直接帶來良好的動力學(xué)性能。如納米的LiCoO2具有較高的活性，在電解液中浸泡過程中直接與有機(jī)電解質(zhì)溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成不利于電子、離子輸運的固體電解質(zhì)膜(Solid Electrolyte Interface，SEI膜)，因此循環(huán)性很差，而微米LiCoO2則表現(xiàn)出良好的高倍率電化學(xué)性能。
電化學(xué)儲能器件中的尺寸效應(yīng)包括兩類，一種是由于尺寸減小帶來的非本征的響應(yīng)，例如前述的擴(kuò)散路徑變短引起的擴(kuò)散時間變短的效應(yīng)，稱之為表觀尺寸效應(yīng)(Trivial Size Effect)。還有一類是由于尺寸減小引起的表面能、結(jié)構(gòu)的變化，材料的基本特性，例如擴(kuò)散系數(shù)、生成能發(fā)生了變化，稱之為真實尺寸效應(yīng)(True Size Effect)。電化學(xué)儲能器件中，這兩種效應(yīng)帶來的影響是不一樣的，需要對比研究。
對于采用液體電解質(zhì)的電化學(xué)儲能器件，為了利用納米材料的尺寸效應(yīng)，同時提高其穩(wěn)定性，必須設(shè)計動力學(xué)穩(wěn)定的納微復(fù)合結(jié)構(gòu)材料，這已成為目前液態(tài)電池體系研究的熱點。
SEI膜
鋰離子電池是一個多相體系，不僅包含了電極、電解質(zhì)、集流體、隔膜等結(jié)構(gòu)，還包含了在充放電過程中形成的固體電解質(zhì)層等。當(dāng)有機(jī)溶劑或鋰鹽的LUMO(最低未占據(jù)分子軌道)低于負(fù)極的Fermi能級時，或當(dāng)HOMO(最高占據(jù)分子軌道)高于正極的Fermi能級時，溶劑或鋰鹽在電極表面被還原或氧化，產(chǎn)生的物質(zhì)中不能溶解的部分將沉積覆蓋在負(fù)極或正極表面上，形成SEI膜。
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