新能源材料

英国研制新型无毒电池原型 完成充电或放电只需几秒钟

英国帝国理工学院的研究人员近期成功研制出一种新型无毒电池原型，由于采用新技术，在几秒内能完成充电或放电，未来或在储能领域拥有良好的应用前景。

据研究团队介绍，这一新型电池原型尽管储电能力不如目前广泛运用的锂电池，但它使用无毒的聚合物材料制作，可在几秒内完成充电或放电，电池充电时还会变色，使用者可直观地看出电池的充电状态。该电池原型的主要工作原理是让聚合物材料迅速吸收并释放盐水中的正或负离子，一旦整个电池开始充电，这些离子就会被吸引到相应的电池电极上。研究团队表示，在风力和太阳能发电由于天气原因无法持续产生电能的情况下，这种新型电池的快速充放电优势就可以发挥出来——快速存储这些发电设施产生的电能，并随时根据需要将电能传递到电网，有利于保持清洁能源发电的稳定性。报告的作者之一亚历山大 焦万尼蒂说，制作该电池原型的材料可低成本生產，加上使用无毒、不可燃的水基电解质，未来有可能开发出可循环利用的电池产品。（新华网）

新复合氢化物锂超离子导体问世有望催生高能量密度全固态电池

日本东北大学和高能加速器研究组织的科学家，开发出一种新的复合氢化物锂超离子导体。研究人员表示，通过设计氢簇（复合阴离子）结构实现的这一新材料，对锂金属显示出了极高的稳定性，使锂金属有望成为全固态电池的最终阳极材料，催生出迄今能量密度最高的全固态电池。

阳极为锂金属的全固态电池有望解决传统锂离子电池的电解质泄漏、易燃和能量密度有限等问题，人们普遍认为，锂金属是全固态电池的最佳阳极材料，因为它具有最高的理论容量和已知阳极材料中最低的电位。锂离子传导固体电解质是全固态电池的关键组成部分，但问题是，大多数现有的固体电解质具有化学/电化学不稳定性，不可避免地会在界面处引起不必要的副反应，导致界面电阻增加，在重复充放电期间极大地降低电池的性能。研究人员表示，复合氢化物在解决与锂金属阳极相关的问题时广受关注，因为它们对锂金属阳极具有出色的化学和电化学稳定性。他们得到的新型固体电解质不仅拥有高离子导电性，且对锂金属也非常稳定，因此，对于使用锂金属阳极的全固态电池来说是一个真正的突破。研究人员表示：“这一发展不仅有助于我们未来找到基于复合氢化物的锂离子导体，还将开辟固体电解质材料领域的新趋势，得到的新型固体电解质材料有望促进高能量密度电化学装置的发展。”（科技日报）

基于离子液体电解液的高性能有机醌类钠电池

近日，南开大学程方益课题组报道了离子液体在有机醌类钠电池中的应用。与无机电极材料相比，有机醌类电极材料主要由C、H、O、N等高丰度轻质元素组成，具有理论比容量高、分子结构可设计性强和环境友好等突出优点，在新能源领域应用前景广阔。然而，由于相似相溶，醌类化合物易溶于常规的酯类和醚类有机电解液，导致活性物质量损失，容量衰减严重，制约了实际性能。碳包覆、聚合等多种策略被相继报道，在一定程度上可以有效抑制电极材料溶解，获得较好的循环性能。然而，这些方法通常制备过程繁琐，在活性材料中引入高比例非活性成分，牺牲了材料的高容量。如何在保持醌类材料容量优势的同时，解决溶解问题是一项重要且具挑战性的课题。该工作阐明了离子液体基电解液抑制醌类材料溶解的机制，为提升醌类材料的电极性能、构建新型有机钠电池提供了新思路。（南开大学）

年产10万t锂电新材料当升科技锂电新材料产业基地落户常州

3月23日上午，由北京当升材料科技股份有限公司投资的当升科技锂电新材料产业基地奠基仪式在常州举行。该产业基地规划建成年产10万t锂电新材料产能，首期项目计划建成年产5万t正极材料产能。产业基地首期项目第一阶段年产2万t锂电正极材料智能工厂的设计、采购、施工工程总承包（EPC一体化）项目由湖南百利工程科技股份有限公司中标。北京当升材料科技股份有限公司成立于2001年，起源于国务院国资委管理的国家首批创新型中央企业——北京矿冶科技集团有限公司，是一家以新能源材料研发和生产为主的集团化公司。公司自进入锂电正极材料行业以来，一直保持着良好的发展势头，与全球前6大锂电巨头建立了稳定的合作关系，是国内锂电正极材料的龙头企业之一。

当升科技金坛智能工厂围绕感知、控制、决策和执行等智能功能的实现，针对智能制造关键技术装备、自动化控制、智能工厂的开发和应用，突破先进感知与测量、高精度计量、高可靠智能控制、建模与仿真、工业互联网、大数据分析等一批关键共性技术，研发智能制造相关的核心支撑软件，布局和积累一批核心知识产权，为实现制造装备和制造过程的智能化提供技术支撑。

百利科技是上交所上市公司，在化工工程领域拥有近50年的EPC工程总承包经验，国内外施工项目超过4 500个，具有化工石化、医药、建筑等多行业设计咨询甲级资质，技术壁垒较高，2017年全资收购江苏南大紫金锂电智能装备有限公司（后更名为“常州百利锂电智慧工厂有限公司”）后，全面进军锂电池产业链，两家公司的融合催生出了锂电材料产线的技术装备和整线服务的专业化分工，由单一的产线装备供应商转变为智慧工厂总承包商，协同效应明显。常州百利锂电智慧工厂有限公司前身，成立于1987年，客户结构十分优异，主要包括当升、巴莫、杉杉、盟固利、贝特瑞等产量较大的正极材料厂商。常州百利锂电可靠的专业技术、领先的智能化产线经验为它赢得了客户和行业的高度认可；百利科技经过多年的技术沉淀与市场检验，经验丰富，具备为客户提供EPC“一揽子”解决方案的能力。此次项目，充分运用百利科技和常州百利锂电的优势，将达到1+1>2的效果。

据悉，当升科技金坛工厂的落成后，将为当地带来更多的就业岗位和税收，完善常州新能源产业布局，丰富江苏省新能源产业基地和相关产业链，为国家新能源发展注入新的活力。（新华网）

大幅提高电池能量密度 锌碘单液流电池概念问世

近日，中国科学院大连化物所研究员李先锋、张华民领导的研究团队创新性提出锌碘单液流电池的概念，实现锌碘单液流中电解液的利用率达到近100%，大幅提高了电池的能量密度。

大规模储能技术是实现可再生能源大规模利用的关键技术，液流电池因具有安全性高、循环寿命长、效率高等特点，是大规模储能的首选技术之一。而锌碘液流电池是液流电池技术的一种，因具有较高能量密度和环境友好等优势，近年来受到越来越多的关注。在前期研究中，该科研团队通过优化电解液组成和膜材料，提高了锌碘液流电池的循环寿命和功率密度。但是，电解质利用率相对较低问题仍待解决。随后，该团队提出了锌碘单液流电池的概念。与传统锌碘液流电池不同，锌碘单液流电池只有负极一侧具有流动循环系统，正极为固体，因此碘离子可以充电到固态碘单质，使得电解质的利用率接近100%，大幅提高了电池的能量密度，并同时提高了锌碘单液流电池的功率密度。上述工作为高能量密度液流电池新体系的开发提供了重要借鉴。（经济日报）

西安交大研制出高效柔性钙鈦矿太阳能电池

柔性钙钛矿太阳能电池因其高效率、低成本、且制备工艺简单，而成为该行业最具颠覆性的技术之一。同时，钙钛矿太阳能电池低温制备工艺已经成为制备柔性、轻质、高效薄膜太阳能电池的首选。

“在太阳能电池领域，晶硅太阳能电池和柔性钙钛矿太阳能电池二者融合发展，各取所长，可能是今后太阳能电池的发展方向。”西安交通大学教授吴朝新说，“目前使用的充电设备比较笨重，不方便携带。假如使用柔性钙钛矿太阳能电池技术，人们在户外想给手机或其他设备充电，只需携带一个名片大小的电池，打开后有A4纸大小，很快就能给手机充好电。”

超薄、超轻、柔性的钙钛矿太阳能电池可以满足航空航天中的临近空间装备、阳光动力无人机、高空探测装备和多种消费类电子产品的需求。据吴朝新介绍，这种柔性钙钛矿太阳能电池，目前实现玻璃基板钙钛矿电池效率突破22%，柔性器件效率突破19%。（中国科学报）

大连化物所首次合成出具有超宽波段发射的零维非铅钙钛矿

近日，中国科学院大连化学物理研究所复杂分子体系反应动力学研究组研究员韩克利团队在非铅零维钙钛矿单晶发光动力学研究中取得新进展。该团队首次合成出一种锑铋混合的零维非铅钙钛矿单晶，其具有超宽的发光光谱，覆盖整个可见区。

相较于三维的含铅钙钛矿，零维非铅钙钛矿具有稳定性好、无毒等优势。以往关于零维钙钛矿的研究都关注在一元零维钙钛矿，虽然其发光量子产率高，但发光光谱相对较窄，无法满足下一代发光器件对于宽光谱的需求。因此，合成出覆盖整个可见光的发光材料成为当下研究的前沿。前期该团队利用飞秒瞬态吸收光谱技术，研究了铋掺杂的二维锡钙钛矿单晶的发光动力学。研究发现，铋掺杂会调谐二维锡钙钛矿单晶的发光峰位置和谱形。飞秒瞬态吸收光谱揭示了其调谐的机制是由于铋掺杂引入了非辐射的自缺陷激子。本工作中，该团队创新性地合成了锑铋合金的零维钙钛矿。该单晶不仅具有良好的稳定性，而且具有超宽的发光光谱，覆盖了整个可见区。研究人员利用飞秒瞬态吸收光谱等技术，揭示了其超宽光谱是由于自由激子和自缺陷激子共同作用形成的。该研究为进一步寻找高性能的非铅钙钛矿发光材料提供了新思路。（中国科学院大连化学物理研究所）

福建物质结构研究所高能量密度锂硫电池研究取得进展

由于正极材料硫具有高理论比容量、丰富的自然储备、低成本和环境友好等显著优点，锂硫电池被认为是最有前景的下一代能量存储系统。使用导电碳质材料作为硫主体来构造硫正极的传统方法中，由于低极性碳和高极性LiPS之间的相互作用弱，碳基材料提供的物理隔离和物理吸附对抑制电池容量衰减的作用有限，特别是对于高载硫电极。此外，碳基材料和LiPS的亲和性差也阻碍了有效的界面电荷转移并减缓了硫物种的反应动力学。而且，大量低振实密度碳的存在，极大地牺牲了电池的体积能量密度。设计一种具有高导电性和丰富暴露活性位点的硫主体材料以替代导电碳，以获得高的面积和体积容量具有重要意义。

中科院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室研究员王瑞虎课题组采用海藻酸钠诱导的化学键裁剪策略，提出基于MXene的Ti3C2Tx（Tx代表表面官能团）纳米点-散布的Ti3C2Tx纳米片（TCD-TCS），以实现在高硫负载条件下活性物质硫的限域固定和转化。TCD-TCS中丰富的表面极性位点增强了电极的结构完整性，不含碳基材料和导电添加剂使得正极材料具有高振实密度。TCD-TCS/S电极在1.8mg·cm-2的中等载硫量下表现出几乎理论的放电比容量。在13.8mg·cm-2的高硫负载下，同步实现超高容量（1957mAh·cm-3）和高面积容量（13.7mAh·cm-2）。放电过程中硫析出机理研究表明了基于MXene的纳米点和纳米片的集成在Li-S电池中的重要性。。此前，肖助兵等以提高锂硫电池面积容量和体积容量为研究目标，采用未加入任何碳导电添加剂的花状多孔Ti3C2Tx（FLPT）基正极系统，实现了锂硫电池面积容量和体积容量的双重提高。此外，先后采用高导电过渡金属硫化物（TiS2和NbS2）作为添加剂应用在锂硫电池正极以提高电池面积容量和大电流放电容量（。并采用水热法得到还原氧化石墨烯/硫化钒（rGO/VS2）复合材料应用于三元硫正极体系中，制备得到具有密堆积三明治结构的rGO/VS2-S正极材料，实现了体积能量密度的大幅提升（福建物质结构研究所）

科学家研发出新型空气电池

近日，香港中文大学宣布，机械与自动化工程学系教授卢怡君及研究团队已研发出安全、高效、长寿的空气电池，分别以有机材料钾联苯作负极、氧气作正极，为可再生能源的储存系统揭开新的一页。

近年来，由碱金属如锂、钠、钾等跟氧气组成的空气电池因能量密度高、成本低等优势，赢得业界关注，但此类电池也存在生命周期短、空气电极不稳定、金属易燃等缺点，使二次金属空气电池的研究停滞不前。

卢怡君表示，团队此次突破材料限制，以有机材料取代碱金属，最终成功研发出钾联苯复合氧电池，其生命周期可高达3 000次循环、在高电流密度下的平均库仑效率超过99.84%、且有机负极遇上水或常用的化学溶剂时并不会着火，大大提升了电池的安全度和稳定性。她认为，钾联苯复合氧电池是解决可再生能源供应不稳定的一个重要方法，带动环保能源的普及使用，长远替代化石燃料，推动可持续发展。

据介绍，钾联苯复合氧电池的材料成本远低于碱金属及锂离子电池中的过渡金属，并可应用于大规模的储电系统、中小型充电站及可再生能源收集等领域。（香港中文大学）