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低成本高功率密度鋁離子電池的研究展望

時間:2021-03-25 11:29來源:科研動態(tài) 作者:likesci
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       近期齊魯工業(yè)大學(xué)徐小龍博士與University of East Anglia的Kwan San Hui博士、University of Macau的Kwun Nam Hui博士、青島新正鋰業(yè)有限公司董事長孫玉城博士(泰山學(xué)者海外特聘專家)合作在國際期刊《Chemical Engineering Journal》(IF=10.652)上發(fā)表評述性論文《Engineering Strategies for Low-Cost and High-Power Density Aluminum-Ion Batteries》。參與論文撰寫、修改與發(fā)表的還有齊魯工業(yè)大學(xué)沈建興教授和周國偉教授等。

       用于電化學(xué)儲能的鋁離子電池(AIBs)具有相對較高的理論比容量、重量輕、零污染、安全、價格低廉和資源豐富等優(yōu)點,因此是相對較新的研究熱點。特別是,3電子氧化還原反應(yīng)使得AIBs具有實現(xiàn)超快充放電速度的潛力,成為高功率密度可充電電池的最有希望的候選者。為此,總結(jié)了AIBs的最新進展以及相應(yīng)的機遇,挑戰(zhàn)和潛在的研究方向(圖1)。介紹了AIBs的原理,包括鋁的性質(zhì),電化學(xué)反應(yīng)和組成部件。基于電化學(xué)反應(yīng)和部件,從不同角度梳理了AIBs的挑戰(zhàn)和前景,包括陽極的設(shè)計和保護,電解質(zhì)的開發(fā)和改性以及陰極材料的選擇和制備。根據(jù)AIBs和現(xiàn)有電極材料的要求,全面討論如何獲得高性能的綠色低成本正極材料。
 

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圖1 鋁離子電池的機遇,挑戰(zhàn)和潛在研究方向。
 

       鋁離子電池正極、電解液和負極對應(yīng)的三大挑戰(zhàn)如圖2所示。包括大規(guī)模、低成本正極材料的制備、廉價新型電解液的研發(fā)和負極枝晶和腐蝕問題的解決。
 

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圖2 鋁空氣電池的挑戰(zhàn)。
 

       目前常見的幾種鋁空氣電池正極材料綜合比較如圖3所示。比較了碳、過渡金屬化合物和復(fù)合材料正極的成本、能量密度、功率密度、環(huán)境友好性和循環(huán)穩(wěn)定性,確定碳材料最具應(yīng)用潛力。
 

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圖3 碳、過渡金屬化合物和復(fù)合材料正極的特征比較。
 

       最具應(yīng)用潛力的碳材料中,比較了金屬有機骨架碳、聚合物碳和可持續(xù)碳的成本、能量密度、功率密度、環(huán)境友好性和循環(huán)穩(wěn)定性,突出了可持續(xù)性碳材料的優(yōu)勢(圖4)。
 

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圖4 金屬有機骨架碳、聚合物碳和可持續(xù)碳的特征比較。
 

       根據(jù)知網(wǎng)儲能、電子設(shè)備和電動汽車的應(yīng)用需求,展望了鋁離子電池的設(shè)計和裝配(圖5)。生物碳材料、多孔負極和混合離子電池可能是將來鋁離子電池研究的重點。
 

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圖5 實際應(yīng)用高性能AIBs的設(shè)計和裝配。
 

       Xiaolong Xu, Kwan San Hui, Kwun Nam Hui, Jianxing Shen, Guowei Zhou, Jinhua Liu, Yucheng Sun, Engineering Strategies for Low-Cost and High-Power Density Aluminum-Ion Batteries,Chemical Engineering Journal, 2021, DOI:10.1016/j.cej.2021.129385
 

       作者信息:

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       論文第一作者(第一通訊作者)徐小龍博士畢業(yè)于北京工業(yè)大學(xué),師承于汪浩教授;現(xiàn)為齊魯工業(yè)大學(xué)(山東省科學(xué)院)材料科學(xué)與工程學(xué)院直聘副教授,Frontiers in Materials期刊審稿編輯。理論研究方面:從事于電化學(xué)儲能材料和器件的研究,主要包括金屬有機框架、電池材料、碳材料、金屬空氣電池、金屬離子電池和鉛酸電池等;應(yīng)用研究方面:從事于商業(yè)化磷酸鐵鋰正極材料的改性、廢舊鋰離子電池回收處理和鉛酸電池負極改性等研究。在Materials Horizons、Nano-Micro Letters、Chemical Engineering Journal、Journal of Cleaner Production、Journal of Energy Chemistry等國際期刊發(fā)表論文30余篇,H因子為11。


(責(zé)任編輯:子蕊)
文章標簽: 電池 鋁離子電池
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