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锂离子电容器的低成本产业化

通过CNRS|2019年6月7日

共有

将两种添加剂而不是一种添加剂结合在一起,以促进锂在电容器内的结合:这是l 'Institut des matériaux Jean Rouxel (CNRS/Université de Nantes)的研究人员提出的解决方案,他们与Münster电化学能源技术(Münster大学,德国)合作,以促进低成本、简单和高效的锂离子电容器的开发用于存储电能。这项研究发表在先进能源材料2019年6月5日,将实现这些组件的大规模营销。

电化学储能系统在可再生能源的整合中发挥着核心作用,即将接管电动汽车行业。储存这种能量有两种解决方案:锂离子电池,其优点是储存容量大;电容器,其容量较小,但可以快速充电和不充电很多次。锂离子电容器(LIC)结合了两者的优点。

与电池不同,构成锂离子电容器的材料不含锂离子(或电子)。因此,为了添加它们,必须进行预浸阶段,以便使设备能够工作。目前有两种广泛的策略:一种是在电容器的组成材料集成之前进行预锂化,另一种是在第一次充电时添加高锂离子的添加剂将它们重新分配到电容器的材料中。然而,这些方法既昂贵又复杂,而且可能会降低设备的容量。更重要的是,大多数可用的预锂化添加剂在与空气和/或用于制造锂离子电容器的溶剂接触时会变质。简而言之,即使今天已经提出的一些解决方案能够发挥作用,但并没有高性能、坚固、简单和廉价的“神奇配方”。

来自l 'Institut des matériaux Jean Rouxel [1] (CNRS/Université de Nantes)的研究人员与Münster电化学能源技术(University of Münster)合作,通过使用不止一种而是两种添加剂通过连续的化学反应耦合来应对这一挑战。他们的分析表明,早期方法的主要障碍是使用单一添加剂,不仅要提供锂离子和电子,还要满足价格、化学稳定性和性能的所有条件。使用两种添加剂,每一种都有特定的作用,一种提供锂离子,另一种提供电子,提供了更大的自由度,因为它们可以根据价格、化学性质和性能独立选择。当锂离子电容器充电时,第一个添加剂(芘,自然存在于某些类型的煤中)会释放电子和质子。第二种添加剂,Li3PO4(例如,在玻璃工业中大量生产的),捕获这些质子,然后释放出可用于预锂化的锂离子。

这种方法的另一个优点是,在预锂化之后,使用的两种添加剂之一芘的残留物有助于电荷的储存,从而增加装置中储存的电能量。这种新方法提供的效率和多功能性为廉价的预锂化解决方案开辟了道路,从而产生了可以储存更多能量的锂离子电容器。因此,打破这一技术壁垒应该能够加快这些设备的商业化。


根据以下文件提交:电容器,产品设计


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