新型"雙高"混合電化學(xué)儲能裝置的研究進展
鋰離子電池和超級電容器是常用的電化學(xué)儲能裝置。記者從中國科學(xué)院大連化學(xué)材料研究所獲悉，該研究所研究員吳忠?guī)浽诨旌想娀瘜W(xué)儲能裝置方面取得了新進展，建立了一種與鋰離子電池工作機制類似的電池-超級電容器混合儲能裝置，并通過電極容量和動力學(xué)的"雙匹配"策略實現(xiàn)了設(shè)備能量和功率密度的"雙高"。
據(jù)報道，該儲能裝置的性能優(yōu)于以往報道的具有搖椅結(jié)構(gòu)的鋰離子電池-超級電容器混合儲能裝置，也優(yōu)于其它具有電極容量或動態(tài)失配的混合儲能裝置，為"雙高"混合儲能裝置的配置設(shè)計和電極優(yōu)化策略提供了新的思路，其結(jié)果發(fā)表在"能源與環(huán)境科學(xué)"雜志上。
傳統(tǒng)的鋰離子電池由于體積反應(yīng)慢、功率性能差而受到限制。超級電容器采用快速的表面處理來存儲電荷和低能量密度。這兩種"種子播放器"不能滿足對能量和功率密度的高要求的應(yīng)用場合。
過去，研究人員主要使用電池負極和雙層電容正電極，但在器件結(jié)構(gòu)的充放電過程中所需的離子是由電解質(zhì)提供的，這導(dǎo)致了大量的電解質(zhì)，而且其性能還受到電池電極與電容電極之間非常不匹配的電荷存儲容量和電極動力學(xué)的限制。
吳忠?guī)浗榻B說，他們選擇了具有本征鋰離子插層偽電容特性的正交五氧化鈮作為負極，鎳鈷鋁三元氧化物(NCA)鋰離子電池材料作為正極，使鋰離子在正負極之間來回穿梭，并構(gòu)建了搖椅式鋰離子電池-超級電容器混合儲能裝置。
在這種裝置中，正電極和負電極都有很高的氧化還原容量，但在高壓正電極中應(yīng)用納米結(jié)構(gòu)可能會導(dǎo)致無源表面重建和電極/電解質(zhì)界面不穩(wěn)定。因此，研究小組構(gòu)建了一個三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，以降低充放電過程中的內(nèi)阻和極化，最終使正負電極具有高度匹配的容量和速率性能。
