Нинбо: графен был использован для разработки алюминиевых воздушных батарей киловаттного класса

Чтобы удовлетворить потребности в развитии интеллектуальных сетей, мобильной связи, электромобилей и оказания помощи при стихийных бедствиях, необходимо срочно разработать новые химические источники энергии с высокой энергией, низкой стоимостью, небольшими размерами и длительным сроком службы. Металлические воздушные элементы (также известные как металлические топливные элементы) - это химические источники энергии, которые напрямую преобразуют химическую энергию металлических материалов в электрическую. Металлические воздушные батареи обладают такими преимуществами, как высокая плотность энергии, низкая цена, богатые ресурсы, экологическое загрязнение, длительный срок службы разряда, безопасность и защита окружающей среды. Они включены государством в Национальный стратегический план развития новых отраслей промышленности «13-й пятилетний план». В то же время он был включен в «План действий по инновациям в области революционных энергетических технологий (2016-2030)» Национальной комиссией по развитию и реформам и Энергетическим бюро. Только на рынке резервного питания базовых станций связи, по неполной статистике, количество базовых станций связи в Китае в 2016 году составляет почти 6 миллионов. Традиционные базовые станции связи обычно используют свинцово-кислотные батареи большой емкости и дизельные генераторы в качестве систем резервного питания. В настоящее время свинцово-кислотных аккумуляторов используется более 10 миллионов единиц, и их объем и качество относительно велики. Их меняют раз в 3–4 года и они имеют небольшой срок службы. Однако у металлических воздушных батарей есть преимущества более высокой плотности энергии (системы до 400 Втч / кг или более), длительного времени хранения (около 15 лет), длительного времени резерва (30 ~ 50 часов) и широкого диапазона подходящих температур ( -20 ° C ~ 60 ° C). Это отличная альтернатива свинцово-кислотному резервному источнику питания для базовых станций связи. Кроме того, удельная энергия металлических воздушных батарей достигает 800 Втч / кг, что более чем в четыре раза больше, чем у коммерческих литий-ионных аккумуляторных батарей. Он также имеет привлекательные рыночные перспективы для применения удлинителей для электромобилей.

Однако развитие индустрии металлических воздушных батарей по-прежнему сталкивается с множеством технических узких мест, что влияет на их применение и продвижение. Этому есть четыре причины: во-первых, каталитическая активность катализатора восстановления кислорода недостаточно высока, и плотность мощности электродов необходимо улучшить; Во-вторых, сопротивление поляризации воздушного катода традиционных структур велико и трудно обеспечить высокую выходную мощность. В-третьих, серьезная самокоррозия металлического анода приводит к низкому коэффициенту использования анода; В-четвертых, проблема теплового разгона аккумуляторной системы, в результате чего аккумуляторная система не может работать долгое время. С 2013 года Лаборатория по разработке литиевых батарей Нинбо-института технологии материалов и инженерии Китайской академии наук проводит исследования металлических элементов с воздушной камерой. Исследовательская группа добилась ряда достижений в области графеновых композитных катализаторов, воздушных катодов с новой структурой, легирования металлических анодов и процессов подготовки отдельных батарей. Катализатор из графенового композитного оксида марганца и новый высокоэффективный воздушный катод из графена были использованы для увеличения удельной мощности отдельной батареи на 25% (см. Рисунок 1), что значительно улучшило общие характеристики воздушно-металлической батареи.

Придерживаясь исследовательской концепции «материал, который нужно закончить, материал, который нужно закончить, устройство, которое будет использоваться», исследовательская группа также провела углубленное исследование конструкции батарей и технологии системной интеграции. В 2015 году была успешно разработана система производства энергии на магниевых воздушных батареях с плотностью энергии 400 Вт / кг, мощностью 3 кВтч и выходной мощностью 300 Вт. Недавно была успешно разработана система выработки электроэнергии на алюминиевых воздушных батареях киловаттного качества на основе графенового воздушного катода (см. Рис. 2). Аккумуляторная система имеет плотность энергии 510 Вт · ч / кг, емкость 20 кВт · ч и выходную мощность 1000 Вт. Физическая демонстрация показала, что аккумуляторная система может одновременно питать телевизор, компьютер, электрический вентилятор и 10 шт. Лампы освещения мощностью 60 Вт (см. Рис. 3), первоначально подтверждая мощность выработки энергии алюминиевой воздушной аккумуляторной системой. Сообщается, что исследовательская группа активно занимается проектированием и разработкой мощной алюминиевой воздушно-аккумуляторной системы класса 5 кВт для резервного источника питания базовых станций связи и удлинителей электромобилей.

Исследовательская группа опубликовала более 10 статей SCI и более 20 патентов на изобретения в области изучения металлических воздушных батарей. У него есть возможность подготовить небольшие испытания ключевых материалов и компонентов, монолитных батарей и модульных батарейных блоков, и он готов содействовать индустриализации металлических воздушных батарей в ближайшем будущем. Исследовательская работа финансировалась Научно-технической инновационной группой Нинбо и Фондом естественных наук Нинбо.

Страница содержит содержимое машинного перевода.