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eScience新能源科学与工程研究生线上论坛-会议随笔
发布时间:2024-07-31

  在7.31日,开始了本次的新能源科学与工程研究生线上论坛,本次开幕式由中国科学院院士、南开大学副校长、陈军教授致辞。

这次线上论坛,锂电池设计到比较多,从开始的“锂电池聚合物固态电解质的分子设计与超分子作用调控”为出发



在该工作中,作者系统研究了卤键供体(1,4-二碘四氟苯上的碘)与醚氧之间的相互作用和空间构型,通过X射线光电子能谱和二维核磁NOESY谱揭示缺电子的碘原子(在1,4-二碘四氟苯上)和富电子的氧原子(在环氧乙烷上)之间的卤键作用,结合理论模拟揭示SPC中O-Li+的配位被削弱,构建SPC中Li+“弱溶剂化”结构模型。凭借这些结构优点,“弱溶剂化”结构的SPC实现了高Li+迁移数(0.35±0.04)和快速的Li+传输(1.2×10-4 S cm-1),与此同时,“弱溶剂化”结构的SPC在锂金属表面形成了独特的富含Li2O的SEI,显著降低界面阻抗并提高稳定性。因此,全固态锂金属电池展现优异的室温循环稳定性,甚至在低至10 ℃依然能够实现稳定充放电。这项工作是卤键化学的在全固态聚合物电解质中的新探索,强调了Li+“弱溶剂化”结构对聚合物电解质室温应用的重要性,打开了全固态聚合物电解质商业应用的大门。

之后是清华大学深圳国际研究生院孟跃峰教授,汇报高压锂电池的高安全电解质设计与界面化学研究。

电解质在电池中起到离子导通的作用,是电池导电网络的重要组成部分。醚基电解质与锂金属的反应性相对较低,因而被广泛地应用于锂金属电池。其低粘度和高离子传导性有利于锂离子的快速传导和快速的界面电荷转移,而醚类溶剂的低凝固点使得电池在零度以下具有优异的性能。更重要的是,醚基电解质与锂金属负极表现出高兼容性,可以抑制充电时锂的树枝状沉积。然而,使用高度易燃的醚类溶剂时存在安全隐患:醚的沸点较低,这对高比能量电池的使用带来了安全风险。此外,醚基电解质的氧化稳定性较弱,导致在高电压下(> 4 V vs Li/Li+)正极表面的溶剂分解无法控制,大大恶化了醚基溶液的高压金属锂电池的循环性能。本文工作在实现良好的抗氧化性与对正负极成膜性能的同时,提高醚基电解质的安全性。首先,本工作合成了一种新的丁烯氧基环三磷腈(BCPN)单体,将其加入醚类电解液,加入氟化助溶剂并凝胶化处理。在协同作用下,有效地提升醚基电解质溶液在高能金属锂基电池中的应用。通过精心设计的Li+溶剂化壳与BCPN衍生的保护性界面层在,实现了高水平的正极兼容性。通过这种电解质工程策略,Li||LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2电池可以达到高容量保持率,卓越的低温性能,高压下良好的循环性。进一步,本研究开发的含氟助溶剂和防火聚合物基体的协同作用的不可燃电解质(NGPE)可以形成稳定的电极|电解质界面层,极大地保护了滥用条件下(包括高压力,低温,过充等)电池的稳定性,并表征了电池的热失控性能。该电解质安全策略降低火灾和电解液泄漏的安全风险,并保证了滥用条件下的稳定供电。本工作的电解质设计理念为实现极端工作条件下的耐用锂金属电池提供了一条有希望的道路。最后,基于对醚类的卤素取代,本工作提高了醚类电解质的本征安全性。常规醚类采用氟取代提高其抗氧化性以及不可燃性,相同结构的氯取代具有更低的断键能,在受热时释放Cl·自由基中和燃烧所需的H·自由基等,因此具有更高的安全性。同时在负极表面形成富LiCl-LiF的SEI,提高了其离子电导率,有助于电池稳定循环。

本课题组,在今年的研究生双碳大赛也有报名,为了共同关注新能源最新进展,我们还关注了最后南京大学罗报,高效可产业化的钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池。


1. 应用领域① 钙钛矿晶硅叠层电池的直接应用技术合作与共同开发:

钙钛矿层的制备是叠层电池的关键技术,结合叠层本身的拓宽光谱响应和钙钛矿本身的优异光伏性能,未来会有更多光伏企业研发和产业化该类电池。南京大学团队先进的钙钛矿晶硅叠层电池制备技术,可为企业提供技术合作和共同开发服务。除了钙钛矿晶硅叠层电池外,全钙钛矿叠层、钙钛矿三叠层等新型光伏技术也还在进行和开发中,是当前钙钛矿电池领域的一个热门课题。团队领先的隧穿结技术、高效钙钛矿制备技术,对未来规模化生产具有重要的技术支撑作用。

  ② 钙钛矿晶硅叠层电池的终端应用领域

大型太阳能电站:

钙钛矿晶硅叠层电池在转换效率和成本上比单独的晶硅电池都具有优势。由于近年来集中式电站仍会继续增加,未来市场规模也会十分庞大。

2. 市场前景:

研究团队已承担国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省双创计划等科研项目,累计获得科研经费1500万余元用于钙钛矿叠层电池技术的研发。

3. 产业化布局:研究团队前期与世界知名光伏企业开展了相关的技术合作,随着产学研平台的全面建成,已获得一定的启动资金支持,未来将持续获得研发和平台运行资金,计划3年内寻求配套投资3000~5000万、1500平米以上的办公和研发场地。

本次会议,不光是对新能源领域最新进展有了一定的了解,更是可以通过学习前辈们在实验中的经验,以及对国家政策的理解,在实验室中,可以更加确信自己的目标,是为了社会进步而在实验。感谢本次组织人员,为我们新能源领域的求知者们,提供了学习的宝贵途径。