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中国有色冶金 2023年第3期52卷 124-133页

作者：杨坤张笑盈张春生范鑫昆明有色冶金设计研究院股份公司云南昆明650231 昆明冶金高等专科学校冶金与矿业学院云南昆明650000

多价金属离子电池由于具有安全性好且成本低等优点,有望成为取代锂离子电池的一种选择,近几年针对这类电池的研究取得了一些成果,但阴极材料的发展仍然面临一些现实的困难。本文主要总结了近年来针对多价金属电池插层阴极的相关研究进展... 详细信息

多价金属离子电池由于具有安全性好且成本低等优点,有望成为取代锂离子电池的一种选择,近几年针对这类电池的研究取得了一些成果,但阴极材料的发展仍然面临一些现实的困难。本文主要总结了近年来针对多价金属电池插层阴极的相关研究进展,介绍了阴极材料的插层机理以及诸如氧化物(钒和锰的氧化物及其衍生物)、硫化物、聚阴离子聚合物和碳材料等阴极材料。通过分析总结,得出结论:多价金属离子体系中,存在溶剂化过程和固态扩散缓慢的问题;应用插层阴极材料的研究为未来此类电池的电极材料设计提供了方向;过渡金属(Mn、V)氧化物、硫化物等阴极材料从某种程度上减弱了静电作用力,改善了动力学。并展望了多价金属电池插层阴极的发展方向,为多价金属离子电池的研究提供了新思路。

关键词：多价金属离子电池阴极材料插层阴极钒氧化物锰氧化物

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多价金属离子电池的研究

多价金属离子电池的研究

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作者：王小珂济南大学

学位级别：硕士

化石燃料的燃烧造成了环境的污染与破坏,寻找安全、高效的替代清洁能源正成为研究的焦点。多价金属离子电池(Mg、Zn、Ca、Al)因其高安全性和低成本受到了广泛的关注,并取得了一些令人鼓舞的研究成果。本论文通过醚-水杂化电解液的调控... 详细信息

化石燃料的燃烧造成了环境的污染与破坏,寻找安全、高效的替代清洁能源正成为研究的焦点。多价金属离子电池(Mg、Zn、Ca、Al)因其高安全性和低成本受到了广泛的关注,并取得了一些令人鼓舞的研究成果。本论文通过醚-水杂化电解液的调控以及电解液与电极材料的协同作用获得了优异的电化学表现,主要研究成果如下:(1)镁离子电池在大规模储能方面具有广阔的应用前景。然而,镁离子的高电荷密度在宿主材料中产生了较强的插层能垒,导致扩散动力学缓慢和结构坍塌。本论文通过使用四乙二醇二甲醚(TEGDME)-水杂化电解液同时解决了与正极材料相关的动力学和溶解问题。水溶剂较强的润滑和屏蔽作用显著促进了镁离子的快速传输,在钒酸钠(Na VO·n HO)正极内具有较高的扩散系数。同时,有机TEGDME组分可以有效地与水配位,降低其活性,从而使杂化电解液具有3.9 V的宽电化学窗口。更重要的是,TEGDME优先聚集在界面上,形成了一个强大的阴极电解质界面层,这明显抑制了钒物种的溶解。因此,Na VO·n HO正极在0.3 A g下达到351 m Ah g的比容量,具有1000次长循环寿命,明显优于纯TEGDME基和纯水基电解液。机理研究揭示了镁离子在循环过程中发生可逆的脱嵌。这种有机-水杂化电解液为克服多价离子存储的困难提供了一种有效的策略。(2)可充电镁电池可作为锂离子电池的替代品。然而,由于二价镁离子固有的性质,导致镁离子电池倍率性能不佳。本论文以钒酸钠(Na VO·n HO,NVO)为正极,以3,4,9,10-苝二甲酰亚胺(PTCDI)为负极以及镁-钠双盐电解液(1 M Mg(Cl O)·6HO+1.5 M Na Cl O在TEGDME:HO=0.8:0.2),构建了高性能NVO//PTCDI镁-钠杂化离子电池。NVO正极在3 A g的大电流密度下仍取得130.2 m Ah g的高比容量,除此之外,NVO//PTCDI全电池实现了长达10000圈的长循环性能。研究结果表明使用镁-钠双盐电解液具有优异的倍率性能以及长循环性能。(3)可充电钙离子电池是一种具有前途的储能技术。然而,二价钙离子与宿主晶格之间具有较强的静电相互作用,这导致了低容量的钙离子存储。本论文首次报道了一种醚-水杂化电解液(1 M Ca(Cl O)·4HO(TEGDME:HO=0.8:0.2))助力层状钒酸钠(NVO)的可逆钙离子存储。NVO正极材料在杂化电解液中获得了较大的比容量(0.3 A g时125.2 m Ah g)以及良好的循环稳定性,在1.5 A g的电流密度下循环超过2000圈。这项工作可能为开发实用的可充电钙离子电池提供了新的契机。

关键词：多价金属离子电池镁离子电池镁-钠杂化离子电池钙离子电池醚-水杂化电解液

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二次金属离子电池的研究现状

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化学教育（中英文） 2021年第18期42卷 24-33页

作者：何雨桐牛志强南开大学化学学院天津300071

二次电池是应用范围广泛,发展前景广阔的电化学储能器件。综述了二次金属离子电池体系的基本工作原理和研究现状,对二次金属离子电池储能技术的发展做出了展望。

关键词：二次电池碱金属离子电池多价金属离子电池金属空气电池金属硫电池

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普鲁士蓝类嵌入正极材料的发展与挑战

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中国科学：化学 2017年第5期47卷 603-613页

作者：吴晨钱江锋杨汉西武汉大学化学与分子科学学院武汉430072

作为一类具有开放离子通道、多种氧还反应位点、化学稳定的晶格结构,普鲁士蓝化合物具有潜在的高电压、高容量和循环稳定性,原则上适合于作为多种离子的嵌入正极材料.基于本课题组近年来的研究工作,本文分析了普鲁士蓝结构特征与离子嵌... 详细信息

作为一类具有开放离子通道、多种氧还反应位点、化学稳定的晶格结构,普鲁士蓝化合物具有潜在的高电压、高容量和循环稳定性,原则上适合于作为多种离子的嵌入正极材料.基于本课题组近年来的研究工作,本文分析了普鲁士蓝结构特征与离子嵌入行为之间的构效关系,简要介绍了作为锂离子、钠离子及其他多价金属离子(镁、铝、锌、钙等)嵌入正极的研究进展,并对目前存在的问题提出了可能的解决方案,以推动新一代嵌入材料体系及相关新型二次电池的发展.

关键词：普鲁士蓝嵌入正极锂离子电池钠离子电池多价金属离子电池

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