研究人员展示液化气电解质 助力开发防火、可回收的锂金属电池 ♂
研究人员展示液化气电解质 助力开发防火、可回收的锂金属电池讯 随着社会向电气化时代转型，人们必须不断发展储能技术，以适应日益增长的需求。为了实现无排放未来，应用广泛的锂离子电池需要在高能量密度、安全性、温度弹性和环境可持续性方面做出巨大的改进。
据外媒报道，由芝加哥大学普利兹克分子工程学院（Pritzker School of Molecular Engineering at University of Chicago）Y. Shirley Meng教授负责的工程师团队展示了液化气电解质可以同时提供这四种基本属性。这项研究由Meng在加州大学圣地亚哥分校和芝加哥大学的实验室共同进行，开辟了一条可以大规模开发领先的、可持续、防火电池的途径。
2017 年，加州大学圣地亚哥分校（UC San Diego）的纳米工程师团队发现了氢氟碳分子。这种分子在室温下是气体，在一定压力下会液化。然后，该团队发明了一种新型电解质，称为“液化气电解质”（LGE）。
采用液化气电解质，大大拓宽了电解质溶剂分子的选择范围。所筛选的氟代甲烷和二氟甲烷小分子具有熔点低、动力学快、电压窗口宽的特点。在此基础上与共溶剂相结合，这些液化气电解质表现出优异的低温性能（低于零下60°C）、锂金属库仑效率（>99.8%）和高性能的高压正极。然而，LGE电解质仍存在一定缺陷。因为所用分子的饱和蒸汽压很高，而且与大多数电解质一样易燃，导致系统存在安全和环保风险。
研究人员想用最小的醚分子——二甲醚（Me2O），代替溶解能力强的液体共溶剂。加州大学圣地亚哥分校纳米工程专业的博士生Yin表示：“作为一种气体分子，Me2O只能用于液化气。它只能在加压系统下工作，可以提供更好的锂金属界面和稳定性，同时保持快速动力学。”
加州大学圣地亚哥分校纳米工程博士生Yang希望，能够进一步完善该系统。“如果继续使用目前的FM和DFM弱溶剂，是无法改变高压和易燃性缺陷的。与之相反，研究人员应该致力于寻找增加了氟化碳键的分子。”
研究人员参考氟代甲烷的结构来寻找碳链更长的氟化分子，同时保持液化气的固有优势，如低熔点、低粘度，并保持一定的极性。考虑到上述所有要求，提出了1，1，1，2四氟乙烷（TFE）和五氟乙烷（PFE）。更令人惊讶的是，这两种分子是一些灭火器的主要成分。不仅不易燃，而且具有优良的灭火性能。
研究人员开发新型石墨烯辅助涂层 提高锂金属电池的性能 ♂
研究人员开发新型石墨烯辅助涂层 提高锂金属电池的性能讯 据外媒报道，中国台湾中央大学（National Central University）的研究人员开发了一种由氟化石墨烯制成的双功能负极，可用于无枝晶、高效锂金属电池。
（图片来源：sciencedirect）
锂金属电池（LMBs）具有较高的能量密度，但是在循环过程中会出现枝晶生长和库仑效率低等问题。采用3D结构化集流体作为锂宿主，以及人工固态电解质界面（ASEI）层，被认为是提高负极性能的有效方法。
在此项研究中，研究人员开发了一种双功能涂层，通过在LMBs的工作电极上预沉积氟化电化学剥离石墨烯（F-ECG）作为改性剂，既起到了锂沉积宿主的作用，也能发挥ASEI的作用。石墨烯具有强大的物理强度和化学弹性，可提高LMBs的有效性。
所制备的涂层具有超强的界面和层间附着力，不仅可以防止碳基材料涂层中常出现的剥离问题，而且可防止充放电循环期间发生膨胀。此外，通过Li离子与F-ECG中的F物质的反应构建富LiF薄膜，这种薄膜表现出均匀的锂电镀/剥离，不会形成明显的枝晶。
与对照样品（原始ECG涂层铜）相比，ECG上的SEI包含的氟产物更少（电解质相互作用产生氟产物）。将这种负极材料用于燃料电池时，其在70次循环后保留了高达72%的容量。
使用F-ECG作为改性剂创建双功能涂层，可显着提高功能电极的长期耐用性，为制造高性能锂金属电池开辟了道路，从而促进其在电动汽车、消费电子产品和智能电器等设备中的应用。
研究人员开发新型质子陶瓷膜反应组 可同步实现高效制氢和碳收集 ♂
研究人员开发新型质子陶瓷膜反应组 可同步实现高效制氢和碳收集讯 据外媒报道，CoorsTek膜科学公司（CoorsTek Membrane Sciences）、挪威科技工业研究院（SINTEF）和西班牙的瓦伦西亚理工大学（Universitat Politècnica de València）展示了一种由36个电芯组成的质子陶瓷反应组，通过新的互连方式实现了甲烷到加压氢的完全转化，回收率超过99%，同时留下高浓度的二氧化碳流。该团队还证明，该工艺可扩展至商用规模。
（图片来源：coorstek）
研究人员探讨铂催化剂的降解模式 以减少浪费 ♂
研究人员探讨铂催化剂的降解模式 以减少浪费讯 燃料电池通常利用氢发电，这是一种在燃烧时只产生水的“清洁”燃料。铂是这一过程的关键催化剂。然而，在燃料电池中，铂会不均匀降解。在更换废旧燃料电池时，可能导致仍可使用的铂被丢掉。据外媒报道，为了提高燃料电池的耐用性，并减少浪费，研究人员探讨了铂降解不均匀的原因，包括燃料电池内部的湿度和气体环境（空气和氮气），以及燃料电池流动通道的几何形状。
（图片来源：美国能源部）
对于汽车应用来说，聚合物电解质燃料电池（PEFCs）是颇具吸引力的选择，因其结构紧凑，可根据需要快速提高功率输出。同时，这类电池的成本更低，耐用性更高，因此应用前景较好。在轻型车辆中，铂等贵金属催化剂约占PEFCs成本的三分之一。在此项研究中，研究人员探讨了PEFCs中铂催化剂的降解模式。所得出的结果有助于开发简单有效的策略，减少浪费昂贵的催化剂材料。
由加州大学欧文分校（University of California, Irvine）和博世公司（Bosch）领导的团队，研究了经过加速应力测试的市售催化剂涂层膜。研究人员分别在潮湿和干燥的条件下，以及在空气和氮气环境中，进行了测试。对样品的分析涉及多种方法，包括扫描电子显微镜和若干种X射线光谱技术。在美国能源部科学用户设施办公室的先进光源（ALS）中，研究人员利用X射线衍射来绘制老化铂纳米粒子的尺寸图（颗粒越大，降解程度就越严重）。此外，还利用X射线计算机断层扫描，对老化后的催化剂层进行成像。
结果显示，在流场出口附近，以及在氮气环境和较高湿度下，铂老化得更快。在引导氢气经过催化剂层的迷宫状通道之间的位置，老化速度也更快。而在流场尺寸更窄的情况下，不存在这种效应。
此项研究得出的结论是，增加逆流通道，有助于减少进出口可变性。在较高的温度下运行，则有助于降低相对湿度。
对于化石燃料汽车来说，使用PEFC的汽车是一种极好的无排放替代选项。这项研究得出的结果有助于开发直接的系统级策略，以增加耐久性并降低成本，为这类技术找到成本更低的替代催化剂材料。
研究人员生产出钙钛矿／CIS串联太阳能电池 效率近25% ♂
研究人员生产出钙钛矿/CIS串联太阳能电池 效率近25%讯 据外媒报道，卡尔斯鲁厄理工学院（Karlsruhe Institute of Technology，KIT）研究人员与PERCISTAND项目的伙伴合作，生产出效率接近25%（目前该技术取得的最高值）的钙钛矿/CIS（二硒化铜铟）太阳能电池。这种材料组合重量轻且用途广泛，因此或可将这些串联太阳能电池用于车辆、便携式设备以及可折叠或卷起的设备中。
图片来源：Marco A. Ruiz-Preciado, KIT
堆叠太阳能电池可提高效率。如果每个堆叠的太阳能电池在吸收来自太阳光谱不同部分的光方面特别有效，则可以减少固有损耗并提高效率。效率是衡量入射光转化为电能的量度。由于其多功能性，钙钛矿太阳能电池为此类串联电池提供了出色的组件。使用钙钛矿和硅的串联太阳能电池的效率已达到创纪录的29%以上，远高于由钙钛矿（25.7%）或硅（26.7%）制成的单个电池。
将钙钛矿与CIS相结合以提高移动出行性和灵活性
将钙钛矿与其他材料如CIS或铜铟镓硒（CIGS）相结合，或可生产出轻巧灵活的串联太阳能电池，不仅可以安装在建筑物上，还可以安装在车辆和便携式设备上。这种太阳能电池甚至可以折叠或卷起储存，并在需要时展开，例如在百叶窗或遮阳篷上，同时遮荫和发电。
由KIT光技术研究所（LTI）和微结构技术研究所（IMT）的Marco A. Ruiz-Preciado博士和终身教授Ulrich W. Paetzold领导的国际研究团队成功生产出钙钛矿/CIS串联太阳能电池，且最大效率为24.9%（认证为23.5%）。Ruiz-Preciado表示：“这是该技术报告的最高效率，且也是近无镓的二硒化铜铟串联太阳能电池达到最高效率水平。”减少镓的量会产生大约1个电子伏特（eV）的窄带隙，非常接近串联较低太阳能电池的理想值0.96eV。
具有窄带隙的CIS太阳能电池：低溴含量的钙钛矿太阳能电池
带隙是一种材料特性，决定了太阳能电池可以吸收太阳光谱的部分以进行发电。在单片串联太阳能电池中，带隙必须使得两个电池可以产生相似的电流以实现最大效率。如果下部单元的带隙发生变化，则上部单元的带隙必须根据变化进行调整，反之亦然。
为了调整带隙以实现有效的串联集成，通常使用高溴含量的钙钛矿。然而，这通常会导致电压下降和相位不稳定。由于KIT研究人员及其合作伙伴在其串联底部使用具有窄带隙的CIS太阳能电池，因此可以使用溴含量低的钙钛矿生产上部电池，从而使电池更加稳定和高效。
标签：电池 研究人员 太阳能