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太阳能风能使用将普及:新型钾离子电池

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-11-29  浏览次数:360
核心提示:自然界赠与人类的清洁能源如太阳能风能地热能等,一直是未来能源利用的发展方向,怎样合理地储存并在需要的时候使用一直是科学家

自然界赠与人类的清洁能源如太阳能风能地热能等,一直是未来能源利用的发展方向,怎样合理地储存并在需要的时候使用一直是科学家们研究的热点问题,而使用大规模的廉价高效的储能系统无疑是储存这些能源的最好方式。锂离子电池是目前已经最成熟的储能体系,具有能量密度较高,使用寿命长的特点,但是由于锂资源被大量开采,而且受制于分布不均匀,导致锂的价格较高,无法用于大规模的储能系统

图/太阳能利用

近年来,由于钠,钾,镁,铝等金属资源丰富,价格低廉,使得钠,钾,镁,铝等金属离子电池备受科学家们的关注,希望将这些电池应用在未来的大规模储能系统中。在这其中,钾离子电池由于相对于其他电池能提供更大的电位差,在理论上能够提供更高的放电电位和能量密度,并且没有其他电池存在的枝晶问题,因此是代替锂离子电池的理想选择之一。再加上已经商业化的石墨负极已经成功地在钾离子电池中应用,这也为钾离子电池的商业化奠定了基础。但是钾离子电池也有其固有的缺陷。钾离子地原子半径比锂离子大,这导致钾离子在材料中进进出出的过程对材料结构造成了极大的破坏,这导致钾离子电池的寿命和倍率性能比锂离子电池差的多。所以要实现钾离子的成功应用关键是要开发充放电过程稳定,倍率高的电极材料。

图/风能利用

近日,吉林大学鄢俊敏团队和蒋青团队合成了一种单晶双层结构的五氧化二钒纳米带材料,并利用这种材料负载钾离子作为正极,以石墨为负极组装了具有高能量密度,高功率密度的钾离子全电池。这种具有优异性能地电池将推动钾离子电池地商业化进程。

图/科学论文刊发图

科研人员首先合成了五氧化二钒纳米带材料,放入钾离子溶液中浸泡,并通过实验和计算证明这种材料对钾离子地扩散有利。然后研究团队又测试了这种电极材料地电化学性能,发现:在30 mA/克的电流密度下,这种五氧化二钒材料表现出了131 mA*h/克的高比容量,倍率性能也十分优秀,在10 A/克的电流密度下,五氧化二钒材料仍然有64 mA*h/克的容量(初始容量的51.2%)。另外,循环性能也较为稳定,在0.1安培每克的电流密度下进行充电放电循环100圈,可逆容量为77.8mA*h/克,在4安培每克的电流密度下循环100圈,仍然可以保持45.6 mA*h/克的可逆容量。

图/电极性能测试

在上述研究的基础上,研究团队组装了钾/五氧化二钒-石墨“摇椅”式钾离子全电池,这种全电池的能量密度可以达到238 W*h/ kg,功率密度达到5480 W/kg;同时,在充电放电循环100次以后仍然可以保持84%的初始容量,循环寿命良好。这种优异的电化学性能表明基于五氧化二钒纳米带材料的钾离子电池能够应用于大规模储能系统中。

图/新型钾离子电池及性能测试

对于风能太阳能等清洁能源来说,将其转化成电能并储存起来一直是一个难题,其主要原因即在于高效又廉价的大规模储能装置。吉林大学开发的这种新型的钾离子电池能够很好的解决储能装置这个问题。希望这种科研成果能够早日转化成产业并应用。将中国的清洁能源产业领跑在世界前列!

 
 
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