钠离子电池--武汉大学杨汉西老师 PPT课件.ppt

钠离子电池--武汉大学杨汉西老师_PPT课件1
钠离子电池的研究与发展
Recent Development of Electroactive Materials for Na-ion Batteries
武汉大学化学学院
杨汉西
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研究背景
关键材料与技术
几类典型体系
现状与展望
主要内容:
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一. 研究背景
在构建新能源社会中,规模储电是众多应用中的关键技术。
对规模储电而言,首要因素是成本与环境效益,能量密度次之。
风电、光电储存
削峰填谷
备用电源
清洁交通能源
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在各种电化学储电方式中,二次电池使用与维护最为方便。
目前成熟的二次电池体系,几乎都不适合大规模储能应用。
现有电化学储能体系的问题
Pd-acid: 污染
Ni-MH: 价格
Li-ion: 资源
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锂的资源问题
全球锂资源基础储量(碳酸锂计)约为58M吨,可开采储量约为25M吨。
目前全球碳酸锂年消耗量约为7至8万吨,预计可开采时间不过50多年。
每KWh kg。2011年全球累计风电装机容量240 GW(KMW),8h储电需要2000 K·MWh( M吨)。
The Trouble with Lithium W. Tahil, Meridian International Research, 2006;
Is lithium the new gold? J. M. Tarascon, Nature Chemistry 2010, 2, 510
大多数锂资源集中于海拔4000米以上高原盐湖,开发利用困难。
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据日本2010年报告,若50%汽车替换为电动车, M吨(折合为40 M吨碳酸锂,接近全球资源储量58M吨)。
Adv. Energy Mater. 2012, DOI:
锂资源能满足电动汽车吗?
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二. 钠离子电池的技术难点之一
钠离子的离子半径(r = nm)较锂离子(r = ) 至少大35%以上,由此而引起:
,难于可逆嵌脱;
2. 即使能够实现可疑嵌脱,动力学速度很慢。
-Li+
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发展钠离子电池技术的难点在于材料,更难的是不知道如何去找材料。
;
。
简单地说,没思路、没方法、没样板
主要工作是借鉴锂离子电池的材料,移植到钠离子体系,通过实验筛选。
尖晶石型,层状类,橄榄石型均试验过,大多令人失望。
钠离子电池的技术难点之二
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储钠炭负极材料
热解硬碳.
J. R. Dahn, J. Electrochem. Soc., 2000, 147, 1271.
S. Wenzel, Adv. Ener. Envir. Sci., 2011, 4, 3342.
S. Komaba, Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 3859–3867
规整石墨结构、高温石墨化的碳中间相微球(MCMB)几乎没有嵌钠容量。
部分热解硬碳可得到近280mAh/g的可逆嵌钠容量以及循环性,但初始不可逆容量较高,动力学性能差。
石墨在含钠离子电解液中的充放电曲线