结合两种添加剂而不是一种,以促进锂在电容器内的结合:这是由l 'Institut des matériaux Jean Rouxel (CNRS/Université de Nantes)的研究人员与Münster电化学能源技术(University of Münster, Germany)合作提出的解决方案,目的是促进用于存储电能的锂离子电容器的低成本、简单和高效开发。这项研究发表在先进能源材料将于2019年6月5日启动这些组件的大规模营销。
电化学电力存储系统在可再生能源的整合中扮演着核心角色,并即将接管电动交通部门。这种能量的储存有两种解决方案:锂离子电池,其优点是存储容量大;电容器,其容量较小,但可以非常快速地进行大量的充放电。锂离子电容器(LIC)是两者的最佳结合。
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,有必要进行预锂化阶段,以添加它们,使该装置能够工作。目前有两种广泛的策略:一种是在电容器的组成材料整合之前先将其锂化,另一种是在第一次充电时使用高锂离子的添加剂将其重新分配到电容器的材料中。然而,这些方法既昂贵又复杂,还会降低设备的容量。更重要的是,当与空气和/或用于制造锂离子电容器的溶剂接触时,大多数可用的预锂化添加剂会变质。简而言之,尽管一些已经提出的解决方案在今天也有作用,但并没有高性能、坚固、简单和廉价的“神奇配方”。
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(大学Münster)合作,通过使用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。使用两种各自具有特定作用的添加剂(一种提供锂离子,另一种提供电子)提供了更大的自由度,因为它们可以根据其价格、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)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)捕获这些质子,然后释放锂离子,然后用于预锂化。
这种方法的另一个优点是,在预锂化后,所使用的两种添加剂之一的芘的残留物有助于电荷的存储,从而增加了存储在设备中的电能量。这种新方法所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,从而产生能够存储更多能量的锂离子电容器。因此,打破这一技术障碍应该能够使这些设备更快地商业化。
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