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有机电极材料在锂电池中的实际应用前景分析
中国科学院院士、南开大学教授陈军团队受Nature子刊《自然评论·化学》编委会邀请，发表题为“有机电极材料在锂电池中的实际应用前景分析”的综述论文。该文章深入阐述了有机电极材料的结构特征、作用机理、构效关系等，着重分析了有机电极材料的实际现状和应用前景，有助于学术界和工业界充分了解有机电极材料的实际应用潜力和待解决的问题，有望激发更多应用导向的研究工作，进而促进未来有机电池的商品化应用。文章第一作者为卢勇博士，通讯作者为陈军院士。锂离子电池目前广泛应用于各类便携式电子设备，在人类社会的信息化、移动化、智能化、社会化等方面凸显作用，并有望在电动汽车和智能电网等领域大规模应用。商品化锂离子电池的正极材料主要是无机过渡金属氧化物和磷酸盐，其中过渡金属资源大都不可再生，电池回收利用技术复杂、成本高，从长远的角度来看可能会面临资源短缺等难点问题。因此，可循环再生的电极材料开发已成为电池领域的学术前沿和重大需求。有机电极材料由于含有丰富的碳、氢、氧等元素而显现出可再生、绿色环保、低成本和高容量等优点，近年来受到了广泛的关注。有机电极材料的制备具有合成创造的特点。有机电极材料一般可以从植物中（比如玉米等作物和苹果等果蔬）直接提取或者以生物质材料为原料通过简单的方法制备得到；在有机材料提取制备、电池装配和回收过程中产生的二氧化碳又可以被植物吸收利用，因而体现了很好的循环和可再生性。然而，有机电极材料还面临着在电解液中溶解度大、导电性差、密度低等难点问题，其材料特征、作用机理、构效关系等亟待深入理解。陈军院士团队的综述论文围绕有机电极材料的未来发展提出见解。文章指出，有机电极材料具有结构可调控特点。根据不同的分子结构和反应电位，有机材料在实际应用中可作为正极或者负极活性材料。文章首先讨论了有机电极材料本身的各种关键性质，包括材料的能量密度、功率密度、循环寿命、密度、电导率、能量效率、价格、资源可用性和热/化学稳定性。其中能量密度、功率密度和循环寿命是材料的基本电化学性质，这些性质会受到材料密度和电导率的影响，其他因素如稳定性和价格等也是必须要考虑的问题。接着从实际电池应用角度分析了电极中活性物质的单位面载量和电解液用量等因素对全电池性能的影响。最后利用软件对以有机材料为正极或者负极的实际锂电池体系进行了模拟，得出了相关电池体系的性能（如整体能量密度、功率密度）和价格等参数。结果表明，n型有机正极材料特别是羰基化合物具有较好的实际应用前景。
南开大学
2021-04-11
氮掺杂碳中空微球在燃料电池阴极中的应用
成果介绍项目采用氮掺杂碳中空球为直接甲醇燃料电池阴极材料，构建了直接甲醇燃料电池器件，提高燃料电池的比能量、比功率、循环寿命。技术创新点及参数采用无模板法控制合成氮掺杂碳中，空球实现分子水平上对材料构筑过程及对该含氮多孔材料结构、组成及其对氧还原催化活性的有效调控。市场前景在当前环境下，寻找新型高效的催化剂以降低贵金属铂的用量，并对氧还原反应保持较高的催化活性，已成为当前研究的一个重要课题，该项目未来社会意义和经济意义重大。
东南大学
2021-04-13
高效硅基太阳能电池关键材料和应用技术
该项目与南京中电、上海神舟、扬州协鑫等多家协同单位合作，开展表面微纳米结构的设计、高效晶硅表面刻蚀剂的研制、大规模量产工艺技术的突破。
南京工业大学
2021-01-12
固体氧化物燃料电池相转换流延法制备技术
成果创新点 应用于分布式能源 1.开发的相转化流延技术制备的直孔新型阳极，可有 效提升 SOFC 电池性能且降低电池制备成本 50&，同时此电 池制备技术还易于扩展到其它种类电池电极的制备中； 2.结合叠压法制备的 5x5 和 10x10（cm）单电池性能稳 定，650 度功率超过 600mW/cm2@0.7V, 已给国内多家单位 供货。 技术成熟度 小试中试阶段
中国科学技术大学
2021-04-14
一种固体氧化物燃料电池多堆集成结构
本发明属于燃料电池领域，并公开了一种固体氧化物燃料电池 多堆集成结构，包括配气装置、二级配气缓冲腔、固体氧化物燃料电 堆、排气装置和一级排气缓冲腔，所述配气装置包括配气总管和一级 配气缓冲腔；每个所述二级配气缓冲腔分别通过二级配气支管组与所 述固体氧化物燃料电堆连接；所述固体氧化物燃料电堆连接所述排气 装置，所述排气装置的数量为两个，每个所述排气装置均包括二级排 气支管、二级排气缓冲腔、一级排气缓冲腔和排气总管。本发
华中科技大学
2021-04-14
一种液态或半液态金属电池荷电状态估计方法
本发明公开了一种液态或半液态金属电池荷电状态估计方法， 根据电池的等效电路获取状态空间表达式；通过参数辨识，获取等效 电路参数与 SOC 的函数关系；根据等效电路参数初始值以及电池欧姆 内阻、电池电动势与 SOC 的函数关系，获取系统矩阵初始值、控制输 入矩阵初始值以及观测矩阵；采用扩展卡尔曼滤波算法，获取状态估 计时间更新矩阵和误差协方差时间更新矩阵；从中提取电池的 SOC 的 预测值、极化电压和扩散电压、获取电池电动势的值、以及欧姆内阻 压降；根据电池电动势、极化电压、扩散电压以及欧姆内阻压降，
华中科技大学
2021-04-14
高性能低铂燃料电池催化剂的产业化
设计一种有效结构来提高铂催化剂的活性和稳定性，切实地大幅度降低铂金属的用量，同时具有易于放大推广的特点，对于推动燃料电池产业化发展具有重要意义.本项目涉及专利2项。
南京大学
2021-04-14
用于快充锂离子电池的大尺度单层颗粒电极设计
本成果提出了一种由大尺度单层颗粒组成的电极结构，该电极具有垂直于集流体的载流子传输通道，能够解决高载量电极所面临离子传输速率慢的问题。将红P负载到具有垂直排列纳米通道（~22nm）的大块石墨烯基颗粒中（红P/VAG，~60μm），设计了由大尺度单层红P/VAG颗粒组成的电极。所设计的电极能够同时实现锂离子电池的快速充电和高的能量密度，具有非常广阔的应用前景和巨大的商业价值。
华中科技大学
2022-07-05
锂电池储能系统消防安全关键技术与装备
一、项目分类
关键核心技术突破
二、成果简介
储能能够为电网运行提供调峰、调频、备用、需求响应支撑等多种服务，是提升传统电力系统灵活性、经济性和安全性的重要手段。加快储能技术与产业发展，对于构建以新能源为主体的新型电力系统，实现碳达峰碳中和具有重要意义。据预测，到2050年，我国锂电池储能将达到400吉瓦，年均增长26%。然而，锂离子电池固有的安全性问题使其大规模应用遇到了瓶颈。2019年美国亚利桑那州一起锂电池储能系统火灾，今年4月我国某储能电站爆炸，韩国近年来30座电池储能电站发生火灾，均造成重大人员伤亡和经济损失。因此，储能系统的消防安全问题已成为制约锂离子电池储能大规模推广的关键瓶颈。
现有技术的痛点问题是：1、锂离子电池火灾机理有差异；2、锂离子电池灭火剂适用性不强；3、现有灭火剂不具备高效降温能力；4、实时健康状态监测技术缺乏；5、预警技术作用重视不够；6、技术规范建设严重滞后。
华中科技大学
2022-07-26
具有碲钼多层复合薄膜的碲化镉太阳电池
具有碲钼多层复合薄膜的碲化镉太阳电池，属于新能源材料与器件领域。这种太阳电池采用一种碲钼多层复合薄膜作为碲化镉太阳电池的无铜过渡层。一方面，由于过渡层具有碲的析出相，因此在碲化镉退火后，无需采用湿法工艺获得富碲层。如果采用干法工艺，也无需单独沉积一碲层。另一方面，过渡层具有碲化钼的主相，作为p型半导体，与碲化镉价带不连续很小，可起到很好的过渡作用，实现碲化镉与金属电极间的欧姆接触。采用上述结构的太阳电池，避免了化学腐蚀，实现了低电阻接触，可有效提高太阳电池的性能和改善器件的长效稳定性。
四川大学
2016-10-25