钜大LARGE | 点击量:233次 | 2023年07月06日
新材料提升锂离子电池容量
这项突破的核心是介孔二氧化钛-B微球,它的特点是有一些通道和空穴,可以畅通地让离子流过,具有一种类似电容的机制。
在二氧化钛-B结构中,这种准电容特性(pseudocapacitive)行为源自锂吸收与扩散的独特位置和能量转换,来源:橡树岭国家实验室
电池将获得改进,因为橡树岭国家实验室(:ORNLOakRidgeNationalLaboratory)的一项发现可以提高功率、能量密度和安全性,同时显著减少充电时间。
研究小组的领导是刘寒山(HansanLiu),吉尔伯特布朗(GilbertBrown)和帕兰斯帕兰特门(ParansParanthaman),他们都是能源部实验室化学科学部的,他们发现,二氧化钛(titaniumdioxide)可制成一种非常理想的材料,可以新增表面积,具有快速充放电功能,可用于锂离子电池。与传统技术相比,充电时间和容量上的差异是惊人的。我们可以在六分钟使电池充电达到满容量的50%,而传统的基于石墨的锂离子电池,在同样的时间只能存10%,刘寒山说。
与商业钛酸锂(lithiumtitanate)材料相比,橡树岭国家实验室的化合物还拥有更高的容量,每克256-165毫安时,而且有一个倾斜的放电电压,有益于控制充电状态。与此特点相结合的是,事实上,这种氧化物材料非常安全,持久耐用,可替代商用石墨,这就使它非常适合用于混合动力电动汽车,也可进行其他高功率应用。
充电温度:0~45℃
-放电温度:-40~+55℃
-40℃最大放电倍率:1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
这项成果,最近发表在《先进材料》(AdvancedMaterials)上,具有特别重要的意义,可用于太阳能、风能和智能电网的固定储能系统。二氧化钛带有青铜多晶型(bronzepolymorph),也有优势,可望更便宜,刘寒山说。
这项突破的核心是二氧化钛的新架构,名为介孔二氧化钛-B(mesoporousTiO2-B)微球,它的特点是有一些通道和空穴,可以畅通地让离子流过,具有一种类似电容的机制。因此,锂离子电池用二氧化钛-B替代石墨电极,充放电就更迅速。
理论研究已经发现,在二氧化钛-B结构中,这种准电容特性(pseudocapacitive)行为源自锂吸收与扩散的独特位置和能量转换,作者在他们的论文中写道。
帕兰特门指出,这种微球形状材料可以进行传统的电极制造,能制成紧凑型电极层。然而,他也指出,这种材料的生产过程是复杂的,涉及到很多步骤,所以还要更多的研究,以确定是否可扩大规模。论文的其他作者有毕中合(ZhongheBi)、孙晓光(Xiao-GuangSun),雷蒙德尤纳西(RaymondUnocic)和戴盛(ShengDai)。这项研究的支持来自美国能源部科学办公室,橡树岭国家实验室的实验室定向研究和发展计划,以及橡树岭国家实验室的共享用户设施,是由基础能源科学赞助的。
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