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斯坦福大学研发锰氢气电池,可循环充电超万次
2018-07-09 | 编辑: | 【 】| | 供稿部门:规划战略与信息中心
    

 

    随着可再生能源开发利用规模的不断扩大及智能电网产业的迅速崛起,开发低成本、长寿命、高能量密度的电网级别储能技术显得意义重大。 

  近日,斯坦福大学Yi Cui教授课题组研究设计开发了全新的可充电的水基锰氢电池。研究人员以碳纳米带为正极、水基硫酸锰(MnSO4)为电解质和铂催化剂包覆的碳纳米带为负极组装成完整的水基锰氢电池。通过有限元分析模拟,发现电池的工作机理为:正极是可溶性Mn2+MnO2固体之间循环双电子反应,负极则是在H2H2O之间氧化还原循环反应。电化学性能测试显示,在10 mA cm–2恒电流充放电循环情况下,采用1摩尔的MnSO4电解质时显示出明显的放电平台~1.2V,电池放电比容量为1 mAh cm–2,电池初始的库伦效率为62%,经过10次循环后升高至92%;而在电解质中额外添加0.05摩尔H2SO4溶液后,电池放电平台进一步提高50 mV,显示出更好的动力学行为,且电池的库伦效率达到了100%;而将充放电电流密度提高到100 mA cm–2,电池放电比容量依然保持1 mAh cm–2水平,表现出优异的高倍率性能,且经过10000多次的充放电循环后电池性能基本无衰减,展现出优秀的循环稳定性。另外,当MnSO4电解质浓度进一步提高到4摩尔后,电池质量能量密度可达~139  Wh L–1体积能量密度210 Wh L–1)。研究人员最后指出,电池是否足够优秀,自放电也是重要考虑的因素。新型锰氢电池的长期自放电行为表明,自放电80小时后可保持~1.25V的电位,但剩余容量仅为初始的~71%。下一步工作将致力于高效的集流体开发、电解液纯化、先进的气体管理等领域的研究,以进一步提高锰氢电池的自放电性能,提高放电比容量。 

  该项研究设计制备了新型的低成本锰氢电池,实现了超万次的充放电循环,电池寿命在现有主要储能方式的基础上实现了一个数量级的提升,有望应用于大规模储能领域。相关研究工作发表在《Nature Energy》(Wei Chen, Guodong Li, Allen Pei, et al. A manganese–hydrogen battery withpotential for grid-scale energy storage. Nature Energy, 2018, DOI: 10.1038/s41560-018-0147-7 

 

信息来源:https://mp.weixin.qq.com/s/EtIDDTu0JFF0nOG-Nllcbw

图片来源:http://www.sohu.com/a/230985531_465931

 
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