{"id":1831,"date":"2019-05-22T02:48:07","date_gmt":"2019-05-22T02:48:07","guid":{"rendered":"http:\/\/www.meetyoucarbide.com\/single-post-2018-research-progress-on-energy-storage-and-power-battery\/"},"modified":"2020-05-04T13:12:04","modified_gmt":"2020-05-04T13:12:04","slug":"2018-research-progress-on-energy-storage-and-power-battery","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/es\/2018-investigacion-progreso-sobre-almacenamiento-de-energia-y-bateria-de-energia\/","title":{"rendered":"Progreso de investigaci\u00f3n 2018 sobre almacenamiento de energ\u00eda y bater\u00eda de energ\u00eda"},"content":{"rendered":"
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\"\"<\/p>\n

1. 1 material de c\u00e1todo<\/h3>\n
Los materiales del c\u00e1todo de la bater\u00eda de iones de litio se dividen principalmente en materiales a base de manganeso ricos en litio, materiales compuestos ternarios, LiMn 2 O 4 de tipo espinela, fosfato de hierro y litio y \u00f3xido de n\u00edquel y manganeso. Material de c\u00e1todo de soluci\u00f3n s\u00f3lida a base de manganeso rico en Li Li 1 + x M 1 - x O 2 (M es un metal de transici\u00f3n como Ni, Co y Mn) con alta capacidad espec\u00edfica (> 200 mAh \/ g), alta densidad de energ\u00eda, bajo costo y protecci\u00f3n del medio ambiente Amigable, etc., pero existen deficiencias tales como baja eficiencia de descarga inicial, baja eficiencia culombiana, ciclo de vida pobre, desempe\u00f1o insatisfactorio a altas temperaturas y bajo rendimiento de velocidad. El investigador Wang Zhaoxiang, del Instituto de F\u00edsica de la Academia de Ciencias de China, combina la investigaci\u00f3n experimental con c\u00e1lculos te\u00f3ricos. A partir de la exploraci\u00f3n de la fuerza impulsora de la migraci\u00f3n de Mn, este art\u00edculo estudia una serie de problemas causados por la migraci\u00f3n de Mn y propone un m\u00e9todo para inhibir la migraci\u00f3n de Mn. El profesor Wang Xianyou de la Universidad de Xiangtan comenz\u00f3 a partir de la relaci\u00f3n entre la estructura del material y el rendimiento, y mejor\u00f3 y mejor\u00f3 mediante la optimizaci\u00f3n de la estructura del material, la composici\u00f3n del material de dise\u00f1o (exceso de O), el control de la composici\u00f3n de la fase del material (codopado) y la modificaci\u00f3n de la superficie (recubierta con polianilina) . La forma de rendimiento del material de litio. En la modificaci\u00f3n del recubrimiento, el profesor Chen Zhaoyong de la Universidad de Ciencia y Tecnolog\u00eda de Changsha realiz\u00f3 un estudio en profundidad: se construy\u00f3 una estructura de revestimiento de doble capa de Al 2 O 3 \/ PAS microporosa en la superficie del material de c\u00e1todo a base de manganeso rico en litio. , y el material del c\u00e1todo estaba a una velocidad de 0.1 C. La capacidad espec\u00edfica es de hasta 280 mAh \/ g, y despu\u00e9s de 100 ciclos a 0. 2 C, todav\u00eda hay una retenci\u00f3n de capacidad 98% y no hay transformaci\u00f3n estructural del material. La investigaci\u00f3n del material del c\u00e1todo ternario de Ni-Co-Mn se centra principalmente en la optimizaci\u00f3n de las condiciones de composici\u00f3n y preparaci\u00f3n, modificaci\u00f3n del recubrimiento o dopaje, etc., para mejorar a\u00fan m\u00e1s la capacidad, las caracter\u00edsticas del ciclo y el rendimiento de la velocidad. La primera capacidad espec\u00edfica de descarga de la primera capacidad espec\u00edfica de descarga es 209. 4 mAh \/ g, 1. 0 C. La primera capacidad espec\u00edfica de descarga del material es 0. 1 C mAh \/ g, 1. 0 C. 7% retention Retenci\u00f3n de capacidad tasa de 95. 5%, la tasa de retenci\u00f3n de capacidad a altas temperaturas sigue siendo 87.7%. El material de recubrimiento tambi\u00e9n puede ser LiTiO 2, Li 2 ZrO 3 o similares, lo que puede mejorar la estabilidad del material de electrodo positivo ternario. La preparaci\u00f3n de la espinela LiMn 2 O 4 por s\u00edntesis de combusti\u00f3n en fase s\u00f3lida puede reducir la temperatura de reacci\u00f3n, acelerar la velocidad de reacci\u00f3n y mejorar la estructura cristalina del producto. Los principales m\u00e9todos para modificar la espinela LiMn 2 O 4 son el recubrimiento y el dopaje, como el recubrimiento de ZnO, Al 2 O 3, el dopaje de Cu, Mg y Al. Se menciona la modificaci\u00f3n del fosfato de hierro y litio. Los m\u00e9todos utilizados son co-dopaje de elementos (como iones de vanadio e iones de titanio), adici\u00f3n de ferroceno y otros aditivos de grafitizaci\u00f3n catal\u00edtica, y compuestos con grafeno, nanotubos de carbono y similares. Para los materiales de c\u00e1todo de manganato de n\u00edquel y litio, la estabilidad a altas temperaturas tambi\u00e9n puede mejorarse modificando el dopado y el recubrimiento, y mejorando los m\u00e9todos y procesos de s\u00edntesis. Otros investigadores han propuesto algunos otros tipos de materiales cat\u00f3dicos, como los compuestos de ftalocianina conjugada con carbonilo, con una capacidad espec\u00edfica de descarga inicial de 850 mAh \/ g; grafeno-mesoporoso carbono \/ selenio (G-MCN \/ Se) ternario Para el electrodo positivo de pel\u00edcula compuesta, cuando el contenido de selenio era de 62%, la capacidad espec\u00edfica de la primera descarga de 1 C era de 432 mAh \/ g, y se mantuvo a 385 mAh \/ g despu\u00e9s 1 300 ciclos, mostrando buena estabilidad del ciclo.<\/div>\n

1.2 Material del \u00e1nodo<\/h3>\n
Los materiales de grafito son actualmente los principales materiales an\u00f3dicos, pero los investigadores han estado explorando otros materiales an\u00f3dicos. En comparaci\u00f3n con el material del c\u00e1todo, el material del \u00e1nodo no tiene un punto de acceso de investigaci\u00f3n obvio. El electrolito se descompondr\u00e1 reductivamente en la superficie del \u00e1nodo de grafito durante el primer ciclo de la bater\u00eda para formar una membrana de interfaz de fase de electrolito s\u00f3lido (SEI), lo que dar\u00e1 como resultado la primera p\u00e9rdida de capacidad irreversible, pero la membrana SEI puede evitar que el electrolito contin\u00fae descomponerse en la superficie de grafito, protegiendo as\u00ed el electrodo. El papel. Zhang Ting, de la Universidad Normal del Sur de China, agreg\u00f3 sulfuro de dimetilo como aditivo formador de pel\u00edcula SEI para mejorar la compatibilidad entre el \u00e1nodo de grafito y el electrolito y mejorar el rendimiento electroqu\u00edmico de la bater\u00eda. Algunos investigadores han utilizado compuestos de nano-titanato de carbono como materiales an\u00f3dicos y recubiertos con ZnO, Al 2 O 3 y otros materiales mediante pulverizaci\u00f3n cat\u00f3dica con magnetr\u00f3n para mejorar el rendimiento de la velocidad y la estabilidad del ciclo; pir\u00f3lisis de secado por pulverizaci\u00f3n El material an\u00f3dico compuesto de silicio-carbono preparado por el m\u00e9todo tiene una capacidad espec\u00edfica de primera descarga de 1 033. 2 mAh \/ g a una corriente de 100 mA \/ gy una primera eficiencia de carga y descarga de 77.3%; silicio \/ grafeno flexible autoportante El material del \u00e1nodo de la pel\u00edcula compuesta se recicl\u00f3 50 veces a una corriente de 100 mA \/ g, la capacidad espec\u00edfica a\u00fan era de 1 500 mAh \/ gy la eficiencia culombiana se estabiliz\u00f3 a 99% o m\u00e1s. La raz\u00f3n es que las l\u00e1minas de grafeno tienen una alta conductividad el\u00e9ctrica y flexibilidad.<\/div>\n

1.3 bater\u00eda de iones de litio<\/h3>\n
Electrolito El sistema tradicional de electrolito de carbonato tiene problemas tales como inflamabilidad y poca estabilidad t\u00e9rmica. Desarrolla un sistema electrol\u00edtico con alto punto de inflamaci\u00f3n, no inflamabilidad, amplia ventana de estabilidad electroqu\u00edmica y amplia adaptabilidad a la temperatura. Es un material clave para las bater\u00edas de iones de litio.<\/div>\n

2 bater\u00edas de NiMH<\/h2>\n
Un punto clave de investigaci\u00f3n en bater\u00edas de hidruro de n\u00edquel-metal son los materiales de aleaci\u00f3n de almacenamiento de hidr\u00f3geno. El profesor Guo Jin de la Universidad de Guangxi cree que el enfriamiento r\u00e1pido a la temperatura del nitr\u00f3geno l\u00edquido y el tratamiento no equilibrado de la molienda mec\u00e1nica de bolas regulan el rendimiento de almacenamiento de hidr\u00f3geno de la aleaci\u00f3n de Mg 17 Al 12. El profesor asociado Lan Zhiqiang de la Universidad de Guangxi us\u00f3 el proceso de tratamiento t\u00e9rmico combinado con aleaci\u00f3n mec\u00e1nica para preparar Mg 90 Li 1 - x Si x (x = 0, 2, 4 y 6) materiales compuestos de almacenamiento de hidr\u00f3geno, y estudi\u00f3 la adici\u00f3n de Si al Soluci\u00f3n s\u00f3lida de almacenamiento del sistema Mg-Li. El efecto del rendimiento del hidr\u00f3geno. La introducci\u00f3n de elementos de tierras raras puede inhibir el fen\u00f3meno de amorfizaci\u00f3n y el proceso de desproporci\u00f3n de la composici\u00f3n de la aleaci\u00f3n durante el ciclo de absorci\u00f3n y desorci\u00f3n de hidr\u00f3geno, y aumentar la absorci\u00f3n y desorci\u00f3n reversible de hidr\u00f3geno de la aleaci\u00f3n. Los materiales de aleaci\u00f3n de almacenamiento de hidr\u00f3geno convencionales en el mercado est\u00e1n principalmente dopados con elementos de tierras raras (La). , Ce, Pr, Nd, etc.), pero el precio de Pr y Nd es m\u00e1s alto. Zhu Xilin inform\u00f3 sobre la aplicaci\u00f3n de una aleaci\u00f3n de almacenamiento de hidr\u00f3geno AB 5 no dopada con Pr y Nd en una bater\u00eda de n\u00edquel-hidr\u00f3geno. La bater\u00eda cuadrada aplicada al bus el\u00e9ctrico ha sido operada de manera segura durante 100 000 km. Otro punto cr\u00edtico de investigaci\u00f3n para materiales de almacenamiento de hidr\u00f3geno son los hidruros met\u00e1licos de nitr\u00f3geno como Mg (BH 2) 2 -2LiH, 4MgH 2 - Li 3 AlH 6, Al-Li 3 AiH 6 y NaBH 4 -CO (NH 2) 2. La reducci\u00f3n del tama\u00f1o de part\u00edcula y la adici\u00f3n de un aditivo de metal alcalino puede mejorar el rendimiento de almacenamiento de hidr\u00f3geno del material de almacenamiento de hidr\u00f3geno de coordinaci\u00f3n de metal, en el que se reduce el tama\u00f1o de part\u00edcula, que se logra principalmente mediante molienda de bolas mec\u00e1nica de alta energ\u00eda. El material CAU-1 MOF-1 decorado con amina informado por el profesor Sun Lixian de la Universidad de Tecnolog\u00eda Electr\u00f3nica de Guilin tiene excelentes propiedades de adsorci\u00f3n de H 2, CO 2 y metanol, que son de gran importancia y valor de aplicaci\u00f3n para la reducci\u00f3n de emisiones de CO 2 y el almacenamiento de hidr\u00f3geno . Tambi\u00e9n desarrollaron una variedad de materiales generadores de hidr\u00f3geno de aleaci\u00f3n a base de aluminio, como 4MgH 2 -Li 3 AlH 6, Al-Li 3 AiH 6 y NaBH 4 -CO (NH 2) 2, se usan en combinaci\u00f3n con celdas de combustible.<\/div>\n

3 supercondensadores<\/h2>\n
La b\u00fasqueda de materiales de electrodo con un rendimiento de alta velocidad y una vida \u00fatil de ciclo largo es el foco de la investigaci\u00f3n sobre supercondensadores, entre los cuales los materiales de carbono son los materiales de electrodo de supercondensador m\u00e1s comunes, como materiales porosos de carbono, materiales de carbono de biomasa y materiales compuestos de carbono. Algunos investigadores han preparado materiales de aerogel de carbono nanoporosos y han demostrado que las buenas caracter\u00edsticas de capacitancia electroqu\u00edmica provienen de la estructura esquel\u00e9tica de la red tridimensional y del \u00e1rea de superficie espec\u00edfica ultraalta. Nie Pengru, de la Universidad de Ciencia y Tecnolog\u00eda de Huazhong, obtuvo un material de carbono poroso tridimensional y lo utiliz\u00f3 como material de electrodo para supercondensadores en el proceso de recuperaci\u00f3n de bater\u00edas de plomo-\u00e1cido por lixiviaci\u00f3n h\u00fameda con \u00e1cido c\u00edtrico. Este m\u00e9todo puede promover la estrecha integraci\u00f3n de la industria de almacenamiento de energ\u00eda y la industria de protecci\u00f3n ambiental, y producir buenos beneficios ecol\u00f3gicos y ambientales. Los investigadores tambi\u00e9n exploraron el uso de diferentes materiales de carbono de biomasa (sacarosa, polen, algas, etc.) como materiales de electrodo para supercondensadores. En el aspecto de los materiales compuestos, los investigadores han dise\u00f1ado un material compuesto de MoO 3 \/ C en forma de emparedado, la capa de \u03b1-MoO 3 y la capa de grafeno est\u00e1n intercaladas y apiladas horizontalmente, lo que tiene excelentes propiedades electroqu\u00edmicas; compuesto de puntos cu\u00e1nticos de grafeno \/ carbono El material tambi\u00e9n se puede utilizar como material de electrodo con una capacidad espec\u00edfica de 256 F \/ g a una corriente de 0,5 A \/ g. El profesor Liu Zonghuai de la Universidad Normal de Shaanxi prepar\u00f3 un material de nanoelectrodo de \u00f3xido de manganeso mesoporoso ensamblado a partir de nanopart\u00edculas de \u00f3xido de manganeso con un \u00e1rea de superficie espec\u00edfica de 456 m 2 \/ gy una capacidad espec\u00edfica de 281 F \/ g a una corriente de 0.25 A \/ g. Liu Peipei, de la Universidad Tecnol\u00f3gica del Sur de China, prepar\u00f3 un material compuesto de NiO-Co 3 O 4 tridimensional con nano-flores con una capacidad espec\u00edfica de 1 988. 6 F \/ g a una corriente de 11 A \/ gy una tasa de retenci\u00f3n de la capacidad de 1.500 ciclos. 94. 0%; Wang Yijing de la Universidad de Nankai estudi\u00f3 el mecanismo de crecimiento, la microestructura y el rendimiento de los materiales de NiCo 2 O 4 con diferentes morfolog\u00edas. Tang Ke, de la Universidad de Artes y Ciencias de Chongqing, analiz\u00f3 la relaci\u00f3n entre resistencia equivalente y corriente de carga. El modelo de circuito equivalente se utiliz\u00f3 para estudiar la variaci\u00f3n de capacitancia, capacidad de almacenamiento y eficiencia de carga del supercondensador con corriente. Se discuti\u00f3 el rendimiento de almacenamiento de temperatura del supercondensador. Impacto.<\/div>\n

4 pila de combustible<\/h2>\n
La comercializaci\u00f3n de celdas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC) est\u00e1 limitada principalmente por el costo y la longevidad. Dado que el catalizador utilizado en PEMFC es principalmente un metal noble como el Pt, es costoso y se degrada f\u00e1cilmente en el entorno de trabajo, lo que resulta en una disminuci\u00f3n de la actividad catal\u00edtica. El investigador Shao Zhigang del Instituto Dalian de F\u00edsica Qu\u00edmica de la Academia de Ciencias de China inform\u00f3 sobre un catalizador de n\u00facleo-cubierta de Pd-Pt que introduce Pd para reducir la cantidad de Pt utilizada y aumentar la actividad del catalizador. Adem\u00e1s, los investigadores han mejorado la interacci\u00f3n entre el metal y el portador mediante el uso de la estabilizaci\u00f3n del pol\u00edmero, la agrupaci\u00f3n de la superficie y la modificaci\u00f3n del cl\u00faster de carbono de la superficie del metal para obtener el catalizador de reducci\u00f3n de ox\u00edgeno met\u00e1lico PEMFC con alta actividad y alta estabilidad. Cao Tai, del Instituto de Tecnolog\u00eda de Beijing, introdujo un m\u00e9todo de s\u00edntesis ligero, de bajo costo y a gran escala para la s\u00edntesis de nanotubos de carbono uniformes, dopados con nitr\u00f3geno y en forma de bamb\u00fa con nanopart\u00edculas de cobalto en la parte superior. Los productos tienen excelentes propiedades. Actividad catal\u00edtica redox. Los catalizadores a base de carbono y otros catalizadores que no son de platino para celdas de combustible, que pueden reemplazar a los catalizadores convencionales a base de platino, se obtienen por carbonizaci\u00f3n hidrot\u00e9rmica, craqueo t\u00e9rmico a alta temperatura, etc., y tienen un rendimiento comparable a los catalizadores comerciales de carbono de platino.<\/div>\n

5 otras bater\u00edas<\/h2>\n

5. 1 bater\u00eda de iones de sodio<\/h3>\n
El proceso de carga y descarga de Na 0. 44 MnO 2 material fue estudiado en Dai Kehua de la Northeastern University. Se descubri\u00f3 que Mn2 + se form\u00f3 en la superficie del material a bajo potencial. La resina fen\u00f3lica PFM de resina conductora podr\u00eda mejorar la capacidad espec\u00edfica reversible del polvo de Sn puro. Para lograr una carga y descarga estable. La Universidad Zhongnan Xiao Zhongxing et al. sinterizado por el m\u00e9todo hidrot\u00e9rmico y el m\u00e9todo de fase s\u00f3lida a alta temperatura para sintetizar Na 0.44 MnO 2 de mayor pureza, y el sodio met\u00e1lico se us\u00f3 como electrodo negativo para ensamblar una bater\u00eda tipo bot\u00f3n, con una capacidad de 0. Ciclo 5 C 20 veces. La tasa de retenci\u00f3n fue 98.9%; Zhang Junxi, del Shanghai Electric Power College, sintetiz\u00f3 cristales de NaFePO 4 de estructura olivina, que se utiliz\u00f3 como material cat\u00f3dico para las bater\u00edas de iones de sodio y ten\u00eda un buen rendimiento electroqu\u00edmico. El profesor asociado Deng Jianqiu de la Universidad de Tecnolog\u00eda Electr\u00f3nica de Guilin prepar\u00f3 un sulfuro de estroncio nano-lineal por m\u00e9todo hidrot\u00e9rmico y lo us\u00f3 como material de electrodo negativo para las bater\u00edas de iones de sodio. El material tiene una capacidad espec\u00edfica de primera descarga de 552 mAh \/ ga 100 mA \/ g. Despu\u00e9s de 55 ciclos, la retenci\u00f3n de capacidad es 85.5%. Se cicla 40 veces a 2 A \/ gy vuelve a 100 mA \/ La corriente de gy la capacidad espec\u00edfica de la descarga se restablecen a 580 mAh \/ g, lo que indica que el rendimiento del ciclo del material del electrodo negativo es bueno, y el La estructura puede mantenerse estable despu\u00e9s de un gran ciclo de corriente.<\/div>\n

5. 2 bater\u00edas de litio-azufre<\/h3>\n
La investigaci\u00f3n sobre bater\u00edas de litio-azufre se centra actualmente en materiales de electrodos, como materiales de carbono poroso, materiales compuestos, etc., destinados a mejorar la seguridad de la bater\u00eda, la vida \u00fatil del ciclo y la densidad de energ\u00eda. El material de carbono desarrollado por Zhang Hongzhang del Instituto Dalian de F\u00edsica Qu\u00edmica de la Academia de Ciencias de China tiene un gran volumen de poros (> 4. 0 cm 3 \/ g), un \u00e1rea superficial espec\u00edfica alta (> 1 500 m 2 g), y un alto contenido de azufre (> 70%). Bajo la condici\u00f3n de alto contenido de azufre (3 mg \/ cm 2), la capacidad espec\u00edfica espec\u00edfica de descarga de 0.1 C es 1 200 mAh \/ g; El profesor Chen Yong de la Universidad de Hainan utiliza Ti 3 C 2 de estructura de acorde\u00f3n bidimensional como material de electrodo positivo. Combinado con azufre para obtener el compuesto S \/ Ti 2 C 3, la capacidad espec\u00edfica de descarga inicial alcanz\u00f3 1 291 mAh \/ g a una corriente de 200 mAh \/ gy la capacidad espec\u00edfica reversible del ciclo a\u00fan era de 970 mAh \/ g.<\/div>\n

5. bater\u00eda de 3 flujos<\/h3>\n
El investigador Zhang Huamin del Instituto de Qu\u00edmica y F\u00edsica de Dalian, Academia de Ciencias de China, dio un informe sobre el progreso de la investigaci\u00f3n y la aplicaci\u00f3n de la tecnolog\u00eda de almacenamiento de energ\u00eda de la bater\u00eda l\u00edquida, e introdujo el progreso del desarrollo de electrolitos de bater\u00eda l\u00edquida, membrana conductora de iones sin fluoruro y alta reactor de potencia espec\u00edfico. Y los resultados de la investigaci\u00f3n en el sistema de bater\u00eda de flujo. Desarrollaron una pila de bater\u00edas de flujo de densidad de alta potencia de 32 kW que se carg\u00f3 y descarg\u00f3 a una densidad de corriente de 120 mA \/ cm 2 con una eficiencia energ\u00e9tica de 81.2%, lo que permite una producci\u00f3n a gran escala, de los cuales 5 MW \/ 10 MWh fluyen bater\u00eda El sistema de almacenamiento de energ\u00eda se ha implementado en la red.<\/div>\n

6. Conclusi\u00f3n<\/h2>\n
Las bater\u00edas de iones de litio, los supercondensadores y las pilas de combustible siguen siendo el foco de la investigaci\u00f3n sobre bater\u00edas; otras bater\u00edas, como las bater\u00edas de iones de sodio, las bater\u00edas de flujo y las bater\u00edas de litio y azufre, tambi\u00e9n est\u00e1n evolucionando. El enfoque de investigaci\u00f3n actual de varios tipos de bater\u00edas todav\u00eda es desarrollar materiales de electrodos para lograr una mayor capacidad, eficiencia, rendimiento del ciclo y rendimiento de seguridad.<\/div>\n
Introducci\u00f3n a todos los materiales electrol\u00edticos s\u00f3lidos.<\/div>\n