作者:窦士学等 来源:《国家科学评论》 发布时间:2017/4/19 13:23:26
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综述:新型电池的4S法则

新型电池4S法则新概念

可充电池,尤其是可充锂电池,正在颠覆人们的生活方式和能源运用方式,开启人类新能源时代的新篇章。锂电池技术的发展,极大地推动了近些年智能手机的普及应用,其高能量密度支撑了智能手机朝着更轻薄、更便捷、更多功能化的方向发展。智能手机承载的互联网功能,正在颠覆性地改变人们的生活方式、信息获取方式和互联互通。在交通领域,锂电池的高能量密度辅以先进电池管理系统,使得新能源电动汽车大受欢迎。除此之外,锂电池以及其他的一些高效低价的电池储能体系正在为新能源,如风能和太阳能的普及应用提供强有力的支持。

近些年,各种类型的新型电池,因其相较于目前锂离子电池体系更高的比能量和更低的成本,正逐渐受到人们的重视。锂硫电池的理论容量和比能量分别是传统锂离子电池的10倍和5倍。有机分子的多样性和化学可调性,使得有机液流电池因其可持续性和成本优势有望用于大型储能项目。锂空气电池,又被称为可呼吸的电池,可能成为未来长续航电动汽车的储能体系。

澳大利亚伍伦贡大学超导与电子材料研究所窦士学教授团队撰写的综述文章“Functional membrane separators for next-generation high-energy rechargeable batteries”近期发表于《国家科学评论》(https://doi.org/10.1093/nsr/nwx037)。这篇论文从隔膜这一居于电池中心位置的重要组成部分为出发点,提出了新型锂电池发展的标准和未来发展方向的4S法则,即Stable(稳定),Safe(安全),Smart(智能化),Sustainable(可持续)。相比于传统电池,新型电池的循环稳定性是一个巨大的挑战;功能化隔膜在解决这一问题方面是一个非常有效的途径。该工作打破了五大高效新型电池(锂硫电池,室温钠硫电池,锂有机电池,有机液流电池和锂空气电池)之间的界限,介绍了离子选择性隔膜的重要作用、相应隔膜材料的功能性质和作用机理。该文章还阐述了功能化隔膜在提高电池的安全性(例如高传热性纳米片状材料涂覆隔膜降低锂枝晶的安全风险),智能化(例如具有电响应门控开关孔结构新型隔膜的构建)以及可持续(例如基于纤维素材质的隔膜新材料的开发)方面的前沿工作,为将来隔膜材料的研究与开发提供了指导和借鉴。

窦士学教授领导的超导与电子材料研究所,近年来在电化学能源材料与器件方面开展了广泛而深入的研究,并与其它知名课题组紧密合作。他们在锂硫电池,室温钠硫电池,锂空气电池和钠离子电池等新型电池体系方面做了大量工作并发表了一系列的研究成果。他们将离子孔道概念引入锂硫电池(与江雷教授课题组合作),设计合成了具有互通结构的介孔碳空心球并应用于室温钠硫电池(与赵东元教授课题组合作);他们制备的一系列合金和金属氧化物催化剂材料有效提高了锂空气电池的比容量和充放电效率;在澳大利亚可再生能源署(ARENA,Australian Renewable Energy Agency)的资助下,他们致力于钠离子电池智能化能源储存体系的构建和应用开发。(来源:科学网)

 
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