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【固态铝电解电容电解】被忽略的钾离子电池?

作者:安尼      发布时间:2021-04-15      浏览量:0
为了获得最高的能量密度,位于元素周期表左

为了获得最高的能量密度,位于元素周期表左上角的金属锂成为当今二次电池的首选,其极负的标准电极电位(-3.04V)意味着与正极构成全电池后,电池具有较高的电压输出,锂金属是最轻的金属因为能量=比容量×电压,锂相关电池的技术能量密度几乎是现行电池中最高的。另外,锂离子电池具有体积小的优点。因此,90年代的产业化迅速推进了智能手机、照相机、笔记本电脑和电动汽车等多个领域的革命性发展。

但锂电池发展到现在为止似乎遇到了瓶颈期,能量密度上升缓慢,成本下降不快,而且在快速充电、适应温度范围、更大规模的配置应用程序(电动汽车、储藏能源)、资源丰富方面都面临着挑战。因此,人们寻找新的二次电池技术来弥补锂的不足,钠和电荷数大的镁、锌、铝金属子是当前重要的研究方向。

但是,高价格镁、锌、铝离子二次电池研究难易度高,高价格状态和比锂小的半径与阴子结构自由嵌入和出现困难,电解液中强烈的溶剂化效果在嵌入离子通道的过程中也难以溶剂化,因此其发展缓慢。的双曲馀弦值。钠元素的储藏量几乎是锂储藏量的1000倍,性质接近锂,可以参考锂离子电池的技术和材料系统,在所有电池系统中最受期待,国内外在工程中的试验开发取得了一些进展,特别是在固定储藏领域

钠、钾离子比锂离子丰度高。同样是第一主族要素,三者的电极电位不符合我们的常识推测,不是从上到下越来越负(也就是说容易失去电子)。锂-3.04V;钠-2.71V;钾-2.93V。由于电池电压等于正负极电势差,负极电位并不是那么负钠材料组成的钠离子电池往往电压偏低,但由于钾离子电池与锂离子电池相似,因此钾离子电池有望与锂离子电池相同,在高电压方面树立优势。

(2)、崔雪莉石墨嵌入。石墨作为锂离子电池的主要负极材料,应该照搬到钠离子和钾离子电池的负极,但实验结果表明钠离子不能嵌入石墨层状结构,现在钠离子电池使用的负极材料,硬碳是主要的发展方向,但其性能不令人满意然而,出乎意料的是,半径更大的钾离子可以嵌入石墨,并提供约250mAh/g的比容量。这方面锂和钾更相似。

硬碳钠离子电池与锂电石墨负极不同

碱金属离子在石墨中的充放电曲线:(a)锂离子、铜集流体(b)钠离子、铝集流体(c)钾离子、铜集流体(d)钾离子、铝集流体。参考文献(2)。

(3)、(3)、、、、、、、、、、、、、、碱性金属被期待直接应用于电池负极。因为不需要任何非活性宿主,所以带来了很大的能量密度(例如锂离子电池的石墨负极,每个人都在谈论能否使其完全金属锂化,但并不容易),但是在充电过程中固态金属表面的不规则沉积引起的枝晶和枝晶短路等安全上的危险,碱性金属不能直接应用于电池,锂金属负极一直是学术界和工业界的挑战问题

有趣的是钾离子电池,这个问题完全可以用别的想法解决。虽然有趣的是,在室温下变成了液体,但锂和钠钾不能形成合金。如果用钠钾合金做负极,那么它在室温下是液态的,而液态负极完全没有支晶形成的问题,那么在充电过程中堆积的金属就会变成液态的。另外,钠钾合金和有机电电液的使用,不需要固体电解质的使用。因此,合金负极的电池可以在负极的电池下通过在负极的电池下通过在负极的电池下通过在负极的电池下通过在负极的电池下通过室温的电池。但是,由于钠钾电位的相对不同(钾电位为负,相对容易失去电子),钠合金具有活性的是金属钾[3]钠金属不参与电池的反应,钠起到液态化钾金属的作用,钠合金作为钾负有579分mah/g的比容量这又给了钾离子电池机会。

钾钠合金负极示意图和Na2MnFe(CN)6构成全电池时的充放电曲线变化,电位变化趋势显示钾钠合金是钾负极,Na2MnFe(CN)6逐渐成为K2MnFe(CN)6,容量不衰退。参考文献(3)。

(4)、鼓、鼓、鼓。目前主流锂离子电池的正极结构(例如层状氧化物材料)转移到钠离子和钾离子没有取得理想效果,磷酸铁锂、三元锂、锰酸锂在钠离子电池系统中找不到性能良好的对应物。

钠离子的大尺寸导致磷酸铁钠与磷酸铁锂材料的结构不同

而钠离子电池中,普鲁士蓝Na2MnFe(CN)6是目前性能最好的正极材料之一,其理论容量为170mah/g,放电平台为3.4屏V,充放电倍率性能好。当这个正极与液态K-Na合金负极匹配进行电池研究时,发现Na2MnFeCN)6逐渐变成K2MnFeCN6,带来电位的上升,这意味着K2MnFeCN)6可以作为钾正极使用,与K-Na合金或石墨组合成钾离子电池进行导演。与Na2MnFe(CN)6钠正极相比,其理论容量下降到156mah/g,但其放电平台上升到3.8V左右。因此,K2MnFe(CN)6(593Wh/kg)反而比Na2MnFe(CN)6(578Wh/kg)能量密度稍高[4]。这种钾的正极能量密度与主流锂离子电池的正极不同。例如,LiCoO2(4V、140mah/g)、LiFePO4(3.4V、170mah/g)。

K2MnFe(CN)6钾正极充放电曲线和结晶结构。参考文献(4)。

总结

以上钾离子负极和正极的发现大多是研究钠离子电池时的偶然获得。由于先天不足,钾离子电池的研究一直被忽视。但是,实际上在电池材料和全电池中,碱金属离子所占的质量和体积比例只有4-10%(例如LiFePO4正极材料分子量为157.76锂原子量为6.94只占4.4%),利用宿主材料、高电位平台、全电池完全不同的设计特性,可以弥补缺点。

参考文献:<

关于Z.L、Jian、W.Luo、Thall、CarbonethallatlethationtorkorkBatteries、JournalallofthethamericanticallemicallasorkorkionBaterkeritBorkeritBaththorkeritBatinththallthththathathththththathaththththathththarichthththamarichtichanthththalichththththanththalichtuchtichalichalichalichachachalichtichalichalichalichachachstichalichachstichalichstonstonstichalichalichachaconsticonstichalonsticonstonstonsticaliconstonssssstonstonstalalachalonsticonstontontontontonstonthalalalichasthalestonstichallonthalllllontontontonthacthacthachacthallesticacthasticonthantichachallestichalesticonstontichant

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