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单斜Li_3V_2_PO_4_3_C复合材料的制备及其电化学性能

单斜Li_3V_2_PO_4_3_C复合材料的制备及其电化学性能
单斜Li_3V_2_PO_4_3_C复合材料的制备及其电化学性能

收稿日期:2009-06-22。收修改稿日期:2009-07-28。湖南省科技计划重点项目(No.2008GK2008)资助。

通讯联系人。E -mail :kaiyuliu@https://www.sodocs.net/doc/373215600.html,

第一作者:艾邓均,男,24岁,在读硕士;研究方向:高能化学电源及相关材料。

单斜Li 3V 2(PO 4)3/C 复合材料的制备及其电化学性能

艾邓均1

刘维芳2

唐安平3

浩1

刘开宇*,1

(1中南大学化学化工学院,长沙

410083)

(2中南大学材料科学与工程学院,长沙410083)(3湖南科技大学化学化工学院,湘潭411201)

摘要:以LiOH ·H 2O 、V 2O 5、H 3PO 4和蔗糖为原料,采用软化学法制备了锂离子电池正极材料Li 3V 2(PO 4)3/C 。通过X 射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对产物的结构和形貌进行表征,采用恒电流充放电、电化学阻抗考察了产物的电化学性能。结果表明,当煅烧温度达到700℃时,杂质相衍射峰消失,所得的样品为纯相的单斜Li 3V 2(PO 4)3,颗粒粒度为1~2μm ;在3.0~4.5V 电压范围内以

0.2C 倍率充放电,首次放电比容量达到148.2mAh ·g -1,第50次循环比容量仍为144mAh ·g -1,容量保持率为97%,具有良好的

循环性能;另外,样品还具有很好的倍率性能和高温性能。关键词:锂离子电池;Li 3V 2(PO 4)3;软化学法;电化学性能中图分类号:O614.111;O614.51+1;TM912.9

文献标识码:A

文章编号:1001-4861(2009)10-1717-07

Preparation and Electrochemical Properties of Monoclinic Li 3V 2(PO 4)3/C Composites

AI Deng -Jun 1LIU Wei -Fang 2TANG An -Ping 3DUAN Hao 1LIU Kai -Yu *,1

(1School of Chemistry and Chemical Engineering,Central South University,Changsha 410083)(2School of Materials Science and Engineering,Central South University,Changsha 410083)

(3School of Chemistry and Chemical Engineering,Hunan University of Science and Technology,Xiangtan,Hunan 411201)

Abstract:The cathode material Li 3V 2(PO 4)3/C was synthesized by a novel soft chemistry method with LiOH ·H 2O,V 2O 5,H 3PO 4and sucrose as the raw materials.The structure and morphology of products were characterized by X -ray diffraction (XRD)and scanning electron microscopy (SEM)measurements,electrochemical properties of samples were investigated by constant current charge -discharge and electrochemical impedence spectroscopy (EIS).The results showed that the sample synthesized at 700℃was pure monoclinic Li 3V 2(PO 4)3with a particle

size of 1~2μm;and it exhibited an initial discharge capacity of 148.2mAh ·

g -1under 0.2C rate in the voltage of 3.0~4.5V,which remained 144mAh ·g -1in the 50th cycle with a capacity retention of 97%,indicating good cycling performance;in addition,the sample had better rate and high temperature performance.

Key words:lithium -ion battery;Li 3V 2(PO 4)3;soft chemistry method;electrochemical properties

锂离子电池因具有比能量高、自放电小、循环寿命长、重量轻等优点而成为便携式电子产品的理想电源,及电动汽车和混合电动汽车的首选电源。因此,锂离子电池及其相关材料已成为研究热

点之一。目前正极材料存在价格偏高、安全性较差等问题,从而制约了锂离子电池的大规模应用。因此开发一种价格低廉的正极材料是锂离子电池发展的关键。自从Goodenough 等[1]发现橄榄石结构的

第25卷第10期2009年10月

Vol .25No .101717~1723

无机化学学报

CHINESE JOURNAL OF INORGANIC CHEMISTRY

第25卷无机化学学报

LiFePO4具有很好的可逆充放电性能以来,锂过渡金属磷酸盐作为正极材料得到了广泛的研究[2~6]。近年来,Barker等[7]对Li3M2(PO4)3(M=V,Fe)等一系列磷酸盐材料进行了大量的研究工作。在这些材料中,单斜Li3V2(PO4)3由于具有成本低、安全性好、比容量高等特点而倍受人们的关注,被认为可能是比LiFePO4性能更好的聚阴离子型正极材料,有望成为新一代锂离子电池正极材料。但在单斜Li3V2(PO4)3正极材料的实用化进程中存在一些问题,如电子电导率低[8]。通常采用过渡金属位掺杂方式进行改性[9]或通过掺杂和包覆导电能力较好的其他物质(如碳)解决该问题。

目前,Li3V2(PO4)3的合成方法主要有高温固相法[8,10,11],碳热还原法[7,12,13]和溶胶-凝胶法[14,15]。高温固相法合成样品存在杂质多、粒径大、电化学性能差等缺点;碳热还原法利用反应物中加入的碳作还原剂,也需要很高的热处理温度;溶胶-凝胶法虽然提高了材料的纯度并减小了颗粒粒度,但仍存在电子电导率低、倍率性能差等问题[14,15]。

本文以LiOH·H2O、V2O5、H3PO4、蔗糖为原料,采用一种新的软化学方法制备出Li3V2(PO4)3/C,在前面我们已对这一方法有所研究[16],但未详细考察其电化学性能。这里系统地考察了样品的结构、形貌及电化学性能,并着重考察了最佳煅烧温度下,样品在3.0~4.5V电压范围内的倍率性能、循环性能及高温性能。

1实验部分

1.1材料合成

将化学计量比的V2O5和适量的蔗糖加入到H3PO4溶液中,80℃下磁力搅拌2h,得澄清的蓝色溶液;然后加入化学计量比的LiOH·H2O,继续搅拌30min后,蒸发浓缩转入烘箱中80℃下保温24h,得到前驱体;将前驱体球磨1h,压片后于管式炉中Ar气氛下煅烧。

1.2材料表征

采用WRT-3P型热分析仪,在N2气氛中以10℃·min-1的加热速率对混合均匀的前驱体进行室温到800℃温度范围内的热重分析。采用日本理学D/ MAX-3C型X射线衍射仪分析样品的物相组成,辐射源为Cu Kα(λ=0.154056nm),石墨单色器,管压为40kV,管流为40mA,扫描范围10°~70°。样品的碳含量采用元素分析仪(Vario EL)测定。采用日本JEOL JSM-5600LV型扫描电子显微镜对样品的颗粒大小和表面形貌进行表征,管压为20kV。

1.3电极制备

以N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)为溶剂,将所制备的样品、(导电剂乙炔黑+残留碳)及粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)按75∶20∶5的质量配比混合均匀,涂膏于铝箔上而制成正极片,并在110℃下真空干燥24h。

1.4材料的电化学性能测试

以所制备的电极为正极,金属锂(纯度>99.9%,天津中能锂业有限公司)为对电极和负极,1mol·L-1 LiPF6的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二甲酯(DMC)(EC与DMC体积比为1∶1)溶液(韩国三星公司)为电解液,微孔聚丙烯膜(Celgard-2400)为隔膜,在充满Ar的手套箱中组装成2025型纽扣电池。

采用BTS-XWJ-6.44S-00052多通道电池程控测试仪(深圳市新威尔电子有限公司),室温下以不同充放电倍率在3.0~4.5V、1.5~4.3V电压范围内对组装的电池进行充放电、循环性能进行测试。采用PARSTAT2273电化学工作站对样品进行电化学阻抗测试,振幅为5mV,频率范围为1MHz~1mHz。

2结果与讨论

2.1材料表征

图1给出了前驱体的TG曲线。从图中可以看到,TG曲线大致可以分为3个阶段。当温度低于120℃时,由于前驱体中吸附水的失去,在曲线上出现首次失重。第2阶段失重发生在120~470℃范围内,对应于结晶水的失去[17,18]和蔗糖及其衍生物的分解[11,19]。蔗糖及其衍生物分解完全后,在530~600℃范围内发生第3次失重,这是由于碳热反应生成

图1前驱体的热重曲线

Fig.1TG curve of precursor

1718

第10期艾邓均等:单斜Li3V2(PO4)3/C复合材料的制备及其电化学性能

碳氧化合物(CO或CO2)[12]。当温度高于600℃时,样

品的质量保持不变,表明碳热反应已经完成。

根据TG分析结果,可以确定Li3V2(PO4)3相生成

温度以及蔗糖分解后的碳热还原温度在600℃左

右。初步确定热处理温度范围为600~800℃。将前驱

体分别在600、700、800℃氩气保护下煅烧3h后合

成的Li3V2(PO4)3/C复合材料分别记为样品a、b、c。

样品a、b、c的X射线衍射分析结果如图2所

示。从图2中可知,600~800℃下制备的Li3V2(PO4)3

样品均为单斜晶系结构,具有P21/n空间群,峰位与

文献[10,12]所合成的单一Li3V2(PO4)3的X射线衍射图

谱一致。在600℃煅烧所得的样品中Li3V2(PO4)3晶

相已基本形成,但样品中还存在少量Li3PO4杂质

峰。当煅烧温度达到700℃时,该杂质峰消失,所得

样品为纯相Li3V2(PO4)3。元素分析表明,样品a、b、c 的碳含量分别为6.92%、4.60%、2.29%,样品中碳含量随着煅烧温度的升高而减少。

样品各晶面衍射峰的强度随着反应温度的升高而增加,说明高温对于Li3V2(PO4)3晶核的形成和晶粒生长有利。温度较低时,离子扩散速度较小,在相同时间内Li3V2(PO4)3的构晶离子来不及重排,从而生成杂质相;随着反应温度的升高,原子振动加剧,离子的扩散速度加快,有利于晶体的生长。在相同时间内,温度越高,晶体生长越完整,其各个晶面的衍射峰相对强度也越大。但是温度过高,容易造成颗粒粒度过大。根据Scherrer公式,通过(020)晶面衍射峰的半峰宽计算可知,样品a、b、c的平均粒径分别为10.88、11.16和12.57nm,说明煅烧温度对Li3V2(PO4)3的粒径有一定影响。

图3为不同温度条件下所制备的Li3V2(PO4)3的SEM图。由图中可以看出,样品的晶粒随着煅烧温度的升高而逐渐增大,这是由于高温时晶粒的生长速率快,从而形成较大的晶粒尺寸。煅烧温度为600℃时,晶体生长不完全。700℃下合成的样品几乎具有规则的表观形貌,颗粒粒度约为1~2μm,但局部地方出现较大的二次颗粒。当烧结温度升至800℃时,样品颗粒粒度不均匀,与700℃下的样品相比,团聚现象更加严重。

图2不同煅烧温度下样品的XRD图

Fig.2XRD patterns of Li3V2(PO4)3/C samples calcined

at various temperatures

(a)600℃(b)700℃(c)800℃

图3不同煅烧温度下样品的SEM

Fig.3SEM images of Li3V2(PO4)3/C composites synthesized at various temperatures

2.2煅烧温度对样品电化学性能的影响

图4、5分别为不同温度下所合成的Li3V2(PO4)3在0.2C倍率下的首次充放电曲线和循环性能曲线。从图4可以看出,所合成样品的充放电曲线都有明显的3个平台,分别位于3.6、3.7和4.1V附近,这3个电压平台分别对应于各单相Li x V2(PO4)3(x=3.0、2.5、2.0、1.0)之间的复杂相变过程[10,20],都相应于V3+/V4+电对。其中3.6、3.7和4.1V附近的平台对应相变过程分别为:Li3V2(PO4)3葑Li2.5V2(PO4)3,Li2.5V2(PO4)3葑Li2V2(PO4)3和Li2V2(PO4)3葑LiV2(PO4)3。

由图4、5可知,煅烧温度对样品的首次充放电比容量、循环性能有很大影响。样品b 首次放电比

1719

第25卷无机化学学报

容量达到148.2mAh·g-1,50次循环比容量仍为144 mAh·g-1,容量保持率为97%;样品a首次放电比容量123.4mAh·g-1,循环性能较差,50次循环容量保持率为86%;样品c的首次放电比容量下降为132 mAh·g-1,50次循环容量保持率为91%。从首次放电比容量和循环性能来看,样品b最好。这是因为样品a热处理温度较低,晶粒还没有生长完全,样品中存在无电化学活性的杂质相(如图2所示);样品c 热处理温度高,虽然杂质相减少,但颗粒粒径逐渐增大,导致锂离子的扩散距离增加,不利于Li+的脱出和嵌入,从而影响了材料的电化学性能。

Li3V2(PO4)3/C复合材料之所以具有良好的循环性能,一方面归因于碳包覆提高了材料的电导率,有效地抑制样品晶粒的增大;另一方面是由于其本身结构稳定性好,与放电后形成的LiV2(PO4)3在结构上极相似[21]。Li3V2(PO4)3的充放电作用机理如下:充电反应:

Li3V2(PO4)3→Li3-x V2(PO4)3+x Li+(0≤x≤2)(1)放电反应:

Li3-x V2(PO4)3+x Li+→Li3V2(PO4)3(0≤x≤2)(2)在充放电过程中Li3V2(PO4)3依次经历3次相变,即Li3V2(PO4)3葑Li2.5V2(PO4)3,Li2.5V2(PO4)3葑Li2V2(PO4)3,Li2V2(PO4)3葑LiV2(PO4)3。这些相变过程体积变化都很小[22],这是该材料具有良好的循环性能的原因之一。另外,Li3V2(PO4)3、Li2.5V2(PO4)3、Li2V2 (PO4)3、LiV2(PO4)3在结构上很相似[8,11],它们的结构参数变化很小[19],使得相变过程相对容易,即锂的嵌入与脱出可逆性很好,故而有优异的循环性能。

2.3样品b的电化学性能

为了考察样品b在不同倍率下的充放电性能,分别以0.1、0.5和1C倍率对样品进行了充放电测试。图6为样品在0.1、0.5和1C倍率下的首次充放电曲线。从图中可以看出,样品的充放电曲线都呈明显的3个平台,表明充电过程为多相反应过程。

0.1C倍率下的首次充放电曲线中的平台更为平缓,1C倍率下的首次充放电曲线中的平台率低,放电曲线中电压下降得较快。另外,以低倍率0.1C充放电时,其首次放电比容量为162.8mAh·g-1,接近其理论比容量;而以中倍率0.5C、1C充放电时,首次放电比容量分别为142和132mAh·g-1。可见,软化学方法制得的前驱体通过一步热处理法可以制备充放电性能良好的Li3V2(PO4)3/C复合材料。

图7为样品b在0.1、0.5和1C倍率下充放电的循环性能曲线。从图中可以看出,在3.0~4.5V电

图4不同煅烧温度下样品的首次充放电曲线

Fig.4Initial charge/discharge profiles of sample a,b and

c at0.2C rate between3.0and4.5V

图5不同煅烧温度下样品的循环性能曲线

Fig.5Cycling performance of sample a,b and c at

0.2C rate between3.0and4.5V

图6不同倍率下的首次充放电曲线

Fig.6Initial charge/discharge profiles of sample b at

different rates between3.0and4.5V

1720

第10期

压范围内,样品表现出优良的循环可逆性。以低倍率0.1C循环时,其首次放电比容量为162.8mAh·g-1,而第50周时比容量仍然保持在158mAh·g-1,容量损失率约为3%。而以0.5C、1C倍率循环时,可逆放电比容量分别从首次的142和132mAh·g-1衰减为50周时的137和121mAh·g-1,容量损失率分别为4%和8.4%。因此,软化学方法可以制备倍率性能良好的Li3V2(PO4)3/C复合材料,这是由于后续热处理温度低,颗粒粒径小;另外,过量的蔗糖在煅烧过程中有效地阻止了颗粒的团聚,从而有利于获得颗粒小、粒径分布窄的Li3V2(PO4)3/C复合材料。

为了进一步考察材料的充放电性能,在C/20倍率下对Li3V2(PO4)3/C样品进行了首次充放电测试,其结果如图8所示。

为了更好地描述充放电曲线的特征,根据首次充放电曲线图绘出了相应的容量微分曲线,如图9。由图9可见,2个锂的嵌入/脱出反应发生在3.0~4.3 V的电压区间,都对应于V3+/V4+氧化还原电对。在图8的放电曲线中,第1个电压平台对应于Li1V2(PO4)3→Li2V2(PO4)3相变过程,然后,在曲线上出现2个电压平台,分别在3.66和3.57V。表明在后1个锂的嵌入过程中,Li2V2(PO4)3→Li3V2(PO4)3,发生了2次相变[10]。这是由于后1个Li与前1个Li的所处的环境不同[23]。微分容量曲线上,充电曲线上出现3个尖锐峰,分别出现在3.60、3.68和4.08V,表明材料在充电过程中材料经历了多次明显的相变过程。在放电过程中,在4.05、3.66和3.57V的地方分别出现3个峰。充放电曲线上的平台部分在微分容量曲线上则表现为相应的峰。图9中每对峰的电位差ΔV均为20~30mV,可见材料具有很好的电化学可逆性。

为了考察样品在高温下的充放电性能,图10给出了样品在25和55℃下以0.5C倍率充放电的首次充放电曲线。从图10可以看出,55℃下,样品的首次放电比容量为148mAh·g-1,而25℃下,样品的首次放电比容量为142.8mAh·g-1。由此可以看出,升高温度有利于增加样品的放电比容量。另外,从图10可以看出,55℃下的充放电曲线与25℃下的充放电曲线存在较大差异,前者放电曲线中平台比后者要长,放电更为平稳。这是由于随着温度的升高,Li+的迁移速度加快,Li+嵌入/脱出反应的阻抗也减小[24],从而在动力学上加快了该反应。所以,Li3V2(PO4)3/C复合材料是一种适合高温放电的正极材料。

为了考察样品b在不同电压范围的电化学性能,在首次充放电测试之前,先将电池以0.2C倍率

图7不同倍率下的循环性能图

Fig.7Cycling performance of sample b at different rates between3.0and4.5V

图8C/20倍率下的充放电曲线Fig.8Charge/discharge curves of sample b at

a rate of C/20

图9微分容量曲线Fig.9Differential capacity curves

艾邓均等:单斜Li3V2(PO4)3/C 复合材料的制备及其电化学性能1721

第25卷无机化学学报

放电至1.5V。图11、图12分别为1.5~4.3V电压范围内的首次充放电曲线和循环性能曲线。从图11可以看出,在1.5~3.0V电压范围内有4个电压平台,这4个平台对应于V2+/V3+电对,相当于2个锂的嵌入/脱出[6,25],如下式所示:

Li3V2(PO4)3+x Li++x e-葑Li3+x V2(PO4)3(0≤x≤2)(3)从图11放电曲线中可知,4个电压平台分别在1.94、1.87、1.72和1.63V附近,充电曲线上对应也有4个平台。说明有4个能量不相等的位置上锂被脱嵌,第1个锂和第2个锂的脱嵌分2步进行。前2个平台对应相变Li3V2(PO4)3葑Li4V2(PO4)3,而后2个平台则为Li4V2(PO4)3葑Li5V2(PO4)3[6]。

因此,在1.5~4.3V范围内充放电,Li3V2(PO4)3对应着4个锂的嵌入/脱出,理论比容量为264 mAh·g-1[10]。由图11、图12可看出,样品b在0.5C倍率下首次放电比容量为250mAh·g-1,达到理论比容量的94.7%。经过5次循环活化后,比容量达到最大255mAh·g-1,50次循环后容量仍为245mAh·g-1,容量保持率为98%,与固相法[26]相比,具有相当优良的电化学性能。这是因为软化学法合成的样品颗粒粒径小,有利于电极与电解液的充分接触,提高了材料的利用率。

图13为样品在充电至4.5V后分别放电至4.1、3.0和2.2V时的电化学阻抗图。在阻抗复数平面图上,高频区的半圆代表电荷转移过程,对应于电荷转移电阻(R ct)和双电层电容;而在低频区出现的斜线代表Li+在固相中的扩散过程,相应于Warburg阻抗。通过图13与文献[23,27,28]对比可以得出,样品的电荷转移电阻(R ct)比固相法合成Li2.5V2 (PO4)3的R ct小得多。这说明软化学方法合成的Li3V2图12 1.5~4.3V范围内的循环性能曲线

Fig.12Cycling performance of sample b in the

voltage of1.5~4.3V

图10不同温度下的首次充放电曲线Fig.10Initial charge/discharge profiles of sample b at different temperatures

图11 1.5~4.3V范围内的首次充放电曲线Fig.11Initial charge/discharge curves of sample b in the voltage of1.5~4.3V

图13不同放电态下的电化学阻抗图Fig.13Niquist plots of the cell under various open circuit voltages

1722

第10期

(PO4)3具有很好的动力学特性,因此具有更好的倍率性能和更为优良的循环性能。

从图13还可以看出,样品的R ct随放电过程呈现出规律性的变化,R ct从4.1V时的37.9Ω降到3.0V时的23.5Ω,继续放电到2.2V时,R ct增加至45.0Ω。Li3V2(PO4)3的R ct比其脱锂态和过嵌锂态时的阻抗都要小,表明Li3V2(PO4)3具有较小的R ct。

3结论

以V2O5为钒源,采用一种新的软化学方法制备前驱体,经过一步热处理制备了单斜Li3V2(PO4)3/C 复合材料。X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和恒电流充放电等测试表明,700℃下合成的样品晶型完善,颗粒粒径为1~2μm,电化学性能最好。样品在0.2C倍率下3.0~4.5V电压范围内首次放电比容量达到148.2mAh·g-1,50次循环后容量保持率为97%;1C放电比容量为132mAh·g-1,第50次循环比容量仍为121mAh·g-1;55℃时,样品在0.5C 倍率下首次放电比容量为148mAh·g-1。电化学阻抗测试表明样品具有较小的电荷转移电阻。这些结果表明,样品具有良好的倍率性能、循环性能及高温性能。

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艾邓均等:单斜Li3V2(PO4)3/C复合材料的制备及其电化学性能1723

锂电负极有哪些核心性能指标负极材料的发展情况和趋势的概述

锂电负极有哪些核心性能指标负极材料的发展情况和趋势的概述锂电负极二十年复盘与展望 投资观点: 负极的技术指标众多,且难以兼顾。 负极材料有克容量、倍率性能、循环寿命、首次效率、压实密度、膨胀、比表面积等多项性能指标,且难以兼顾,如大颗粒的压实密度好、克容量高,但倍率性能不好;小颗粒反之。负极制造商需要通过优化生产工艺,提高材料的整体、综合性能。 凭借资源和工艺优势,用十年时间打败日本完成国产化。 目前主流的负极仍然是天然石墨和人造石墨,天然石墨是从黑龙江、青岛的矿山采矿并经过浮选、球形化、表面包覆制成,人造石墨则是以石油或煤化工的副产物煤焦油沥青或减压渣油为原料,经延迟焦化制成针状焦,并经过造粒、石墨化制成。2000年之前,负极行业全部掌握在日本企业手中,之后经过贝特瑞(首家掌握天然鳞片石墨的球形化技术,还掌控上游的矿山和浮选)、上海杉杉(国产化CMS打败日本大阪煤气、05年首创FSN-1之后十年都是行业模仿抄袭的对象)、江西紫宸(G1系列高各向同性、极低的膨胀,实现FSN-1之后的又一次突破)三家企业长时间的努力,目前日本企业的占有率仅剩三成左右。人造石墨替代天然石墨仍是未来的趋势。 从供应链来看,国内动力电池基本全部使用循环、膨胀、倍率性能更优的人造石墨,国外动力电池(除松下外)则以价格低廉的天然石墨为主。消费电池方面也是天然石墨的用量更大,但以ATL为代表的软包电池和松下为代表的超高容量圆柱电池,则偏爱人造石墨。从未来的趋势来看,LG等日韩动力电池厂商将转向人造和天然混合的复合石墨,提高人造石墨的用量;消费电池中,软包和超高容量圆柱电池的渗透率也将持续提升,因此人造石墨仍将继续对天然石墨形成替代。 江西紫宸收入规模已超过上海杉杉成为国内第一人造石墨负极制造商,国际上也仅次于日立化成排名全球第二。市场普遍认为江西紫宸主要生产消费电池的负极材料,未来增长空间有限。但我们认为,消费电池虽然行业增长不快,但目前主要采用天然石墨,随着软包

电池制作及其电化学容量充放电曲线的测定

电池制作及其电化学容量充放电曲线的测定 [单项选择题] 1、下列四种电池(或仪器)中哪一种是不能用作直流电源()。 A.蓄电池 B.干电池 C.标准电池 D.直流稳压电源 参考答案:C [单项选择题] 2、电池在充、放电过程中,两电极间的电势差值常和由能斯特方程计算的不一样,主要原因是()。 A.充电过量 B.放电过量 C.用于连接的导线上的电阻太大 D.电极上极化现象存在 参考答案:D [单项选择题] 3、在实际测量中,电池的实际容量比理论容量()。 A.高 B.低 C.相等 D.不能缺定 参考答案:B [单项选择题] 4、实验中建议的充放电制度一般采用的是()。 A.0.01-0.1C B.0.1-0.4C C.0.5-1.0C D.任意方式 参考答案:B [单项选择题]

5、电池的充放电一般可采用的方式正确的说法是()。 A.恒电流充电 B.恒电压充电 C.恒电流放电 D.上述三种方式都是 参考答案:D [单项选择题] 6、放电控制中,一般放到端电压多少为止?() A.1.0V B.2.0V C.3.0V D.4.0V 参考答案:A [单项选择题] 7、在给定的充或放电条件下,所测得的电池的充电或放电曲线是()。 A.电压随充或放电时间的变化关系曲线 B.电压与电流的变化关系曲线 C.电流随充或放电时间的变化关系曲线 参考答案:A [单项选择题] 8、在电极上产生极化的主要因素是()。 A.来自电极表面电荷的积累 B.来自电极表面浓度的变化 C.来自电极或溶液内阻 D.以上三种因素之和 参考答案:D [单项选择题] 9、根据氢化物电极组成的电池,阴极贮氢的充电过程时电势随KOH浓度的增加而()。 A.升高 B.降低 C.不变 D.不能确定 参考答案:A

电化学工作站技术参数

电化学工作站技术参数 1、仪器整体需为插板式设计,扩展槽至少3个,需配数据接口卡1个,提供4个外置设备 接口,连接大电流外置恒电位仪能做±8A充放电测试; 2、频率范围:10μHz~3MHz,模数分辨率不低于18 bit; 3、最大输出电流不低于±2.2 A;CV扫速范围:0.3 μV/s ~80 kV/s; 4、频率精度及频率分辨率至少达到0.0028%; 5、最高电流精度不低于0.05%; 6、测试阻抗精度:100 mΩ~10 MΩ/0.2%;1 mΩ~1 GΩ / 2%;30μΩ~1 GΩ/3%; 7、大电流外置恒电位仪调制输出频率范围不窄于10μHz-150KHz;输出功率不小于180W; 最大输出电流及电压不小于±8A,±18V;大电流外置恒电位仪必须可以驱动光源、控制光源强度、调制光谱; 8、外置光强计必须能实时检测样品被照射强度,能通过光强闭环控制系统实时反馈给大电 流外置恒电位仪对光源进行实时调节。 9、快速光强瞬态测试模块最高采样速率不低于16MHz(双通道),时间分辨率不超过60ns, 能用于快速光强瞬态测试,光电瞬态响应,电流遮断,电子寿命测试,载流子传输时间测试; 10、软件:具备交流阻抗测试,电荷提取测试,时间域测试,快速光强瞬态测试,动态调制光电压谱IMVS/光电流谱IMPS,光电流/光电压对快速变化光源的瞬态响应,斩光伏安测试。 11、配置要求: 除电化学工作站主机外还需有以下配件: ①大电流外置恒电位仪; ②光具座、外置光强计、光强放大反馈系统及光强闭环回路控制系统; ③快速瞬态记录仪; ④1000W/m^2 白光LED光源; ⑤340W/m^2 绿光LED光源。 12、需提供厂家宣传彩页或官网说明证明其投标响应参数的真实性。 13、技术服务要求 ①免费安装、现场培训,受训人员掌握仪器的基本原理、结构,达到独立操作和进行方法条件摸索开发的水平,能够对仪器进行日常维护。 ②厂家为用户免费保修至少一年,保修期自仪器验收合格之日起计算。 ③厂家接到用户维修申请后24小时内做出响应,并在三个工作日内派维修人员到现场维修。

电化学技术表征能量存储器件的性能

电化学技术表征能量存储器件的性能 一. 循环伏安曲线(CV) 【原理简介】 循环伏安法是以线性扫描伏安法的电位扫描到头后,再回过头来扫描到原来的起始电位值,所得的电流—电压曲线为基础的分析方法。扫描电压呈等腰三角形。如果前半部扫描(电压上升部分)为去极化剂在电极上被还原的阴极过程,则后半部扫描(电压下降部分)为还原产物重新被氧化的阳极过程。一次三角波扫描完成一个还原过程和氧化过程的循环,故称为循环伏安法。 在一个典型的循环伏安实验中,工作电极一般为浸在溶液中的固定电极。为了尽可能降低欧姆电阻,最好采用三电极系统。在三电极系统中,电流通过工作电极和对电极。工作电极电位是以一个分开的参比电极(如饱和甘汞电极,SCE)为基准的相对电位。在循环伏安测试实验中,工作电极的电位以10 mV/s 到200 mV/s 的扫描速度随时间线性变化(Fig.1a),在此同时记录在不同电位下的电流(Fig.1b)。 图一 【实验原理】 若电极反应为O+e →R,反应前溶液中只含有反应粒子O且O、R在溶液均可溶,控制扫描起始电势从比体系标准平衡电势φ正得多的起始电势j i处开始势作 0附近时,O 正向电扫描,电流响应曲线则如图所示。当电极电势逐渐负移到φ 平 开始在电极上还原,并有法拉第电流通过。由于电势越来越负,电极表面反应物O的浓度逐渐下降,因此向电极表面的流量和电流就增加。当O的表面浓度下

降到近于零,电流也增加到最大值I pc,然后电流逐渐下降。当电势达到j r后,又改为反向扫描。随着电极电势逐渐变正,电极附近可氧化的R粒子的浓度较大, 0时,表面上的电化学平衡应当向着越来越有利于生成R 在电势接近并通过φ 平 的方向发展。于是R开始被氧化,并且电流增大到峰值氧化电流I pa,随后又由于R的显著消耗而引起电流衰降。整个曲线称为“循环伏安曲线”。如图2所示: 图二 【应用】 基于CV曲线的电容器容量计算,可以根据公式(1)计算。 (ν为扫速,单位V/s) (1) 从式(1)来看,对于一个电容器来说,在一定的扫速下做CV测试。充电状态下,通过电容器的电流i是一个恒定的正值,而放电状态下的电流则为一个恒定的负值。这样,在CV图上就表现为一个理想的矩形。由于界面可能会发生氧化还原反应,实际电容器的CV图总是会略微偏离矩形。因此,CV曲线的形状可以反映所制备材料的电容性能。对双电层电容器,CV曲线越接近矩形,说明电容性能越理想;而对于赝电容型电容器,从循环伏安图中所表现出的氧化还原峰的位置,我们可以判断体系中发生了哪些氧化还原反应。 二. 恒电流充放电曲线(CCD) 【原理简介】 恒电流充放电法,又称计时电势法。一种研究材料电化学性能中非常重要的方法之一。在恒流条件下对被测电极进行充放电操作,记录其电位随时间的变化规律,研究电位随时间的函数变化的规律。它的基本工作原理是:在恒流条件下对被测电极进行充放电操作,记录其电位随时间的变化规律,进而研究电极的充

详解电化学储能在发电侧的应用

详解电化学储能在发电侧的应用 随着国家环境保护力度的不断加强,新能源发电装机占比逐渐攀升,我国能源结构正在逐步转型。储能系统因其响应速率快、调节精度高等特点,成为能源行业中提升电能品质和促进新能源消纳的重要支撑手段,受到越来越多的重视。并且由于储能技术的进步、产品质量的提高及成本的不断降低,储能技术已具备商业化运营的条件,尤其是多种电化学储能技术的发展逐步扩展了储能的应用领域。 除了技术的进步,国家政策法规的颁布、电力市场改革的不断深化,也促进了电化学储能技术的应用推广。本文从数据的角度概要分析了储能在全球电力行业中的应用现状,对国内电化学储能产业政策和标准的发展进行了总结,并介绍了电化学储能的种类、技术路线以及系统集成关键技术。除此之外,针对发电侧,重点从功能、政策和应用项目等方面论述了电化学储能技术在大规模新能源并网、辅助服务及微电网等有商业价值的应用场景。最后对电化学储能技术在未来能源系统中的前景和发展趋势做了展望,并在促进储能商业化运营及推广方面对储能企业提出了发展建议。 目前,我国电力生产和消费总量均已居世界前列,且保持高速增长的趋势。国家统计局发布的数据显示,2018年1~12月份,全国规模以上发电企业累计完成发电量67914 kW·h,同比增长6.8%,全国全社会用电量68449 kW·h,同比增长8.5%。而在电能供给和利用方面我国却还存在结构不合理、综合利用效率较低、新能源渗透率较低、电力安全水平亟待提升等问题[1],因此如何保障经济发展中电力生产与供应的安全,同时又实现节能减排与环境保护,是我国电力行业发展的重大战略任务。近年来飞速发展的储能技术为解决以上问题提供了可行性。储能成本和性能的改进、全球可再生能源运动带来的电网现代化与智能化,以及电力市场改革带来的净电量结算政策的淘汰、参与电力批发市场、财政激励、FIT(太阳能发电上网电价补贴政策)等因素的驱动,使得储能在全球掀起了一场发展热潮。储能使电能具备时间空间转移能力,对于保障电网安全、改善电能质量、提高可再生能源比例、提高能源利用效率具有重要意义。基于储能

RSTF电化学工作站技术指标

RST5080F电化学工作站 技术指标、测试方法 一、技术指标: 1 仪器架构: 恒电位仪、恒电流仪、交流阻抗谱仪,F型 2 接地模式:可根据体系要求设置成实地模式或浮地模式 3 槽压: ±15V 4 电位扫描范围: ±12.8V 5 CV最小电位增量: 0.0125mV 6 电位控制精度:<±0.5mV 7 电位控制噪声: <0.01mV 8 电位上升时间: <0.25uS 9 电位测量零位: 自动校正 10 电位更新及阻抗采集速率: 10MHz 11 电位测量低通滤波器: 自动或手动设置 12 电位测量精度:满量程的0.1% 13 扫描速度: 0.000001V/S~20000V/S 14 参比电极输入阻抗//电容: >1013Ω// <10pF 15 最大恒电流输出:±0.5A 16 输入偏置电流: <0.1pA 17 电流测量分辨率: 电流量程的0.00076%,最小0.2fA 18 电流测量零位: 自动校正 19 电流测量量程: 1pA~0.5A(共25档) 20 前置放大倍数: 5×10×100 21 电流测量最高灵敏度: 1×10-12A/V 22 电流测量精度:满量程的0.1% 23 电流测量低通滤波器: 自动或手动设置 24 方波伏安法频率 1Hz~100kHz 25 交流伏安法频率 0.1Hz~10kHz 26 SHACV频率 0.1Hz~5KHz 27 交流阻抗谱频率: 0.00001Hz~1MHz(11个频段) 28 正弦波幅度: 0.01mV~2.3V 29 CA和CC脉冲宽度: 0.1mS~1200S 30 DPV脉冲宽度: 0.05mS~64S 31 IR降补偿:自动或手动设置(10Ω~1MΩ) 32 多阶跃循环次数: 1000次 33 限压反馈恒流换向时间: 0.1mS 34 电池全容量充电工步:激活、恒流、恒压、涓流

储能产业发展的几大技术方向

储能产业发展的几大技术方向 发表于:2018-06-01 09:32:58 来源:计鹏新能源作者:贾婧 目前全球和中国储能累计装机中,抽水蓄能最高,占比超过90%,熔融盐储热第二,电化学储能排名第三;从发展速度来看,电化学增长较快,截至2016 年底,全球电化学储能装机规模达1756.5MW,近 5 年复合增长率27.5%,其中以锂离子电池累计规模最大,超过50%以上。

电化学储能具有设备机动性好、响应速度快、能量密度高和循环效率高等优势,是当前储能产业发展和研究的热点,主要应用在电网辅助服务、可再生能源并网、电力输配、分布式发电及微网领域。从我国已投运的电化学储能项目来看,分布式发电及微网领域的装机规模最大,其余依次为可再生能源并网领域、电力辅助服务领域和电力输配领域。 从技术方向来分类,主流电化学储能技术包括先进铅酸电池、锂离子电池、液流电池和钠硫电池等。 传统铅酸蓄电池凭借其安全可靠、容量大、性价比高等优点,在储能领域仍具有稳固的地位。特别近年来,以铅炭电池为代表的新兴铅酸技术的出现,大大弥补了传统铅酸电池比能量低、寿命短等缺点,使其在大规模储能领域的应用成为可能。 锂离子电池由正负电极、隔膜、电解液组成,具有能量密度大、工作温度范围宽、无记忆效应、可快速充放电、环境友好等诸多优点,目前在国内已广泛应用于各类电子产品、新能源车和电化学储能等领域。特别受下游新能源车动力电池需求增长拉动,产业规模和技术发展加速,技术和产业链正在进一步成熟。 液流电池具有充放电性能好、循环寿命长的特点,适合大规模储能应用。目前较为成熟的液流电池体系有全钒、锌溴、铬铁、多硫化钠-溴等双液体系,目前应用和研究最广的为全钒液流电池,但由于成本过高、体积密度低等原因,产业还处于起步阶段。锌溴、铬铁、多硫化钠等电池的技术或被垄断、或处于研发阶段,未能实现产业化。 钠硫电池以单质硫和金属钠为正负极,β-氧化铝陶瓷为电解质和隔膜,其工作温度在300-350 摄氏度之间,具有能量密度高、功率特性好、循环寿命长、成本相对低等优点,其规模约占全球电化学储能总装机量的30-40%,仅次于锂离子电池。但由于技术垄断,目前在国内无法大规模推广。 从技术成熟度、经济性、安全环保性等来看,锂电池是我国发展较快、有望率先带动储能商业化的电化学储能技术。

技术指标和性能指标

电位滴定仪技术要求 一、品牌型号: 1.品牌:瑞士梅特勒 2.型号:新超越系列T5 二、运行环境 1、电源电压:100~240VAC±10%;频率:50~60HZ;环境温度:5--40℃;相对空气湿度: 31℃时最大80%。 2、用途 用于各种电化学滴定分析,如酸碱滴定、络合滴定、沉淀滴定、氧化还原滴定、电导滴定、恒pH滴定、永停滴定、容量法卡氏水分测定、库仑法卡氏水分测定,两相滴定(如表面活性剂类样品)、光度滴定,并能直接测量pH值、离子浓度、氧化还原电位、温度、电导率值、极化电压、极化电流、透光率和吸光率等 三、技术指标 1、仪器的硬件连接 ①滴定仪控制方式:分体式七英寸中文彩色触摸屏和中文电脑软件双通道控制,自由切换。 ②搅拌方式:同时具有磁力搅拌器和螺旋桨搅拌器2种,搅拌速度随意可调。 ③电极接口类型:两个智能电势(mV/pH)测量电极接口、极化电极接口,温度电极接口, 电导率电极接口,库仑法电解电极接口,标配Lims接口。 2、电势(mV/pH)测量电极 2.1 mV测量电极接口 ①测量范围:-2000mV~2000mV ②分辨率:0.1mV ③最大的可能误差:0.2mV 2.2 pH测量电极接口 ①测量范围:-26.0~40.0pH ②辨率:0.001pH ③最大的可能误差:0.003pH 3、极化电极接口(Upol) ①极化电压:0-2000mV(交流电,增量0.1mV); ②测量范围:0-200μA;

③分辨率:0.1μA; ④误差范围:0.2μA; 4、极化电极接口(Ipol) ①极化电流:0-24μA(交流电,增量0.1μA); ②测量范围:0-2000mV; ③分辨率:0.1mV; ④误差范围:2mV; 5、PT1000温度电解接口 ①测量范围:-20-130; ②分辨率:0.1℃; ③误差范围:0.2℃; 6、滴定仪主机可直接扩展电导率电极接口,实现电导率直接测量和电导率滴定。 ①测量范围:±2000m V; ②分辨率:0.1mV; ③误差范围:0.2mV; 7、滴定仪主机可直接扩展电解电极接口,实现库仑法水分测定和溴指数测定(电量法) ①库仑法水分测定电流范围:可选100、200、300、400mA或Auto ②溴指数测定电流范围:可选1、5、100、200、300、400mA或Auto 8、滴定管 & 滴定管驱动器 ①滴定管驱动器的分辨率:滴定管体积的1/20000(10mL滴定管为例:0.5uL) ②具备各种体积的滴定管(包括1毫升、5毫升、10毫升、20毫升) ③滴定管可以方便安装、拆除,无需工具进行操作 ④滴定管具有滴定剂(名称、浓度)自动识别(RFID)的功能,并支持热插拔,更换滴定 管无需重启仪器,即插即用。 ⑤滴定管驱动器工作类型:上推式滴定管驱动器,保证气泡能够完全排空,从而保证结果 的准确性 四、性能指标: 1、*使用彩色TFT触摸屏为控制终端,且彩色触摸屏不低于7寸,同时具备StatusLight TM (状态指示灯),通过红、黄、绿三种颜色有效指示滴定的工作状态 2、主机内置状态指示灯,且具有声音信号的喇叭; 3、*主机内置SmartSample阅读器,无需手动输入,直接把重量等信息传入主机,实现从 天平到滴定仪的高效安全的无线数据传输,避免抄写错误; 4、*具备全面的多级用户权限管理功能,并可设置指纹或密码保护 5、具备RS232,USB,以太网和PDF等输出方式,并可输出PDF,csv,XML等格式的数据 6、*具备多次标准加入法,可实现自动化的钠,钾,钙,硝酸根等离子的含量测定,内置

锂离子电池材料的制备和电化学性能表征

锂离子电池材料的制备和电化学性能表征(24学时) 一、实验目的 1.了解尖晶石化合物的组成和结构特点。 2.了解无机材料制备方法-共沉淀制备前驱体、高温固相煅烧制备的反应原理和反应过程中影响产物性质的一般因素。 3.了解嵌入-脱嵌反应和锂离子电池的工作原理。 4.了解电池性能的主要参数和测试的主要方法。 二、实验原理 由于具有电压高、容量高、无污染、安全性好、无记忆效应等优异性能,锂离子电池自1991年实现商品化以来,其种类、性能和应用领域都得到了巨大的发展,已经成为最重要的二次电池之一,在手机、笔记本电脑、摄像机、便携式DVD、电动汽车甚至核潜艇上都得到了广泛应用。而锂离子电池的相关研究也成为当前化学电源研究的重要领域。 锂离子电池性能的优劣主要取决于电池的正极。锰酸锂LiMn2O4是重要的锂离子电池正极活性材料之一,其结构见图1。该结构为锂离子的迁移提供了三维通道。 图1 尖晶石晶体结构图 在充电过程中,锂离子从正极脱出,嵌入负极活性物质;而放电过程中,是锂离子的回嵌的过程,因此锂离子电池又称为“摇椅式”电池。电池充放电时,正极活性材料中Li+的迁移过程可用下式表示。 充电时:LiMn2O4→ xLi+ + Li1-x Mn2O4 + xe- 放电时:Li1-x Mn2O4 + yLi++ ye-→ Li1-x+y Mn2O4(0≤x≤1,0≤y≤x)

LiMn2O4的制备方法很多,常用的有高温固相法、低温固相法和液相法等。其中,低温固相法和液相法(溶胶-凝胶法)虽然反应温度低,但产物的电化学性能不能令人满意,且不适合工业化生产的需要。所谓高温固相法,就是在高温下使锰源化合物与锂源化合物反应生成LiMn2O4。 由于LiMn2O4在高温下容量衰减较快,需通过钴离子掺杂进行改性制备LiMn1.85Co0.15O4. 对固相反应而言,原料的分散状态(粒度)、孔隙度、装填密度、反应物的接触面积等对固-固反应速度有很大的影响。必须将反应物粉碎并混合均匀以使原子或离子的扩散比较容易进行。就本实验所制LiMn1.85Co0.15O4,采用共沉淀制备锰钴碳酸盐前驱体以达到离子程度的均匀混合,然后混锂后再进行高温煅烧制备出目标化合物。 三、仪器和试剂 1.仪器 X射线衍射仪,充放电测试仪,箱式电阻炉(马弗炉,Mufflefurnace),磁力搅拌器,陶瓷坩埚, 电子分析天平,恒温鼓风干燥箱,研钵,压力机,手套箱。 2.试剂 2 mol·L-1硝酸锰钴(Mn/Co=1.85:0.15)溶液,碳酸钠,碳酸锂,金属锂片,Celgard 2400隔膜,PVDF粘合剂(13%),导电炭黑,石墨,电解液(1.15mol·L-1LiPF6的碳酸乙烯酯(EC)-碳酸二甲酯(DMC)-碳酸二乙酯混合溶液(质量比:EC:DMC:DEC=3:1:1),电池壳。所有试剂均为分析纯。 四、实验步骤 1.Mn0.925Co0.075CO3的制备 取2mol·L-1的硝酸锰钴溶液40mL(约0.08mol), 至于烧杯中。称取8.9g碳酸钠(MW105.99)(0.084mol)至于另一烧杯中,然后加去离子水约80mL,摇动至完全溶解。将搅拌磁子至于硝酸锰钴溶液中,然后置于电磁搅拌器上进行搅拌,并开动加热,待温度升至约50℃,用滴管将碳酸钠溶液缓慢加入到硝酸锰钴溶液中(约半小时加完),控制溶液最终pH值约7.5~8,持续搅拌1h,将沉淀抽滤并用蒸馏水洗涤5~6次,而后置于恒温鼓风干燥箱中于110℃烘干。 2.锂锰钴复合氧化物LiMn1.85Co0.15O4的制备 将干燥的Mn0.925Co0.075CO3(MW 115.24)与摩尔比1:0.27的碳酸锂(MW 73.89)在研钵中研磨混匀(约需45~60min),转入陶瓷坩埚中,压实,开口放置在马弗炉中,于600℃下反应4h,然后升温至850℃反应12h,自然冷却到室温。 3.结构表征 将反应产物从马弗炉中取出,用研钵研细,装袋,标明合成人和合成条件,然后进行XRD表征。 4.电极的制备 将LiMn2O4粉末、石墨、乙炔黑以及作为粘合剂的PVDF(13%)按质量分数比86:2:6:6的比例混合均匀,加入适量的溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)后,

电化学储能体系的特点及其未来发展的思考

电化学储能体系的特点及其未来发展的思考 摘要:电化学储能的发展史,是一部材料科技的进步史,工艺的改进使其量变,新材料的改进使其质变。突破应用范围,提高能量密度,始终是电化学储能技术的不便追求,各类电化学储能电池在生产和研究中具有不同的创新和应用方向。当前主要的电化学储能电池有铅酸电池、氧化还原液流电池、钠硫电池、超级电容器、锂离子电池。 关键词:电化学储能铅酸电池氧化还原液流电池钠硫电池超级电容器锂离子电池 正文:电能是现代社会人类生活、生产中必不可缺的二次能源。随着社会经济的发展,,人们对电的需求越来越高。电力需求昼夜相差很大,但发电厂的建设规模必须与高峰用电相匹配,投资大利用率较低。另一方面,随着化石能源的不断枯竭,人们对风能、水能、太阳能等可再生能源的开发和利用越来越广泛。为了满足人们生产及生活的用电需求,减少发电厂的建设规模,减少投资,提高效率,以及保证可再生能源系统的稳定供电,开发经济可行的储能(电)技术,使发电与用电相对独立极为重要。目前储能技术应用最为广泛的是电化学储能,电化学储能的发展史,是一部材料科技的进步史,工艺的改进使其量变,新材料的改进使其质变。突破应用范围,提高能量密度,始终是电化学储能技术的不便追求,各类电化学储能电池在生产和研究中具有不同的创新和应用方向。当前主要的电化学储能电池有铅酸电池、氧化还原液流电池、钠硫电池、超级电容器、锂离子电池。下面分别介绍这几种储能电池的特点。 铅酸电池:自从1859年法国人普兰特发明了铅酸电池,至今已有140多年的历史。在这一百多年来以来,人们对它进行不断的研究和改进,是铅酸电池得到了极大的发展,目前主流的是阀控式铅酸电池。铅酸电池由于材料来源广泛,价格低廉,性能优良,目前应用比较广泛。 铅酸电池的优点:

超级电容器材料电化学电容特性测试

华南师大学实验报告 学生:蓝中舜学号:20120010027 专业:新能源材料与器件勷勤创新班年级、班级:12新能源 课程名称:化学电源实验 实验项目:超级电容器材料电化学电容特性测试 实验类型:验证设计综合实验时间:2014年5月19日-26日实验指导老师:易芬云组员:吕俊、郭金海、余启鹏 一、实验目的 1、了解超级电容器的原理; 2、了解超级电容器的比电容的测试原理及方法; 3、了解超级电容器双电层储能机理的特点; 4、掌握超级电容器电极材料的制备方法; 5、掌握利用循环伏安法及恒流充放电的测定材料比电容的测试方法。 二、实验原理 1、超级电容器的原理 超级电容器是由两个电极插入电解质中构成。超级电容与电解电容相比,具有非常高的功率密度和实质的能量密度。尽管超级电容器储存电荷的能力比普通电容器高,但是超级电容与电解电容或者电池的结构非常相似。

图1 超级电容器的结构图 从图中可看出,超级电容器与电解电容或者电池的结构非常相似,主要差别是用到的电极材料不一样。在超级电容器里,电极基于碳材料技术,可提供非常大的表面面积。表面面积大且电荷间隔很小,使超级电容器具有很高的能量密度。大多数超级电容器的容量用法拉(F)标定,通常在1F到5,000F之间。 (1) 双电层超级电容器的工作原理 双电层电容是在电极/溶液界面通过电子或离子的定向排列造成电荷的对峙所产生的。对一个电极/溶液体系,会在电子导电的电极和离子导电的电解质溶液界面上形成双电层。当在两个电极上施加电场后,溶液中的阴、阳离子分别向正、负电极迁移,在电极表面形成双电层;撤消电场后,电极上的正负电荷与溶液中的相反电荷离子相吸引而使双电层稳定,在正负极间产生相对稳定的电位差。这时对某一电极而言,会在一定距离(分散层)产生与电极上的电荷等量的异性离子电荷,使其保持电中性;当将两极与外电路连通时,电极上的电荷迁移而在外电路中产生电流,溶液中的离子迁移到溶液中成电中性,这便是双电层电容的充放电原理。根据双电层理论,双电层的微分电容约为20μF/cm2,采用具有很大比表面积的碳材料可获得较大的容量。双电层电容具有响应速度快,放电倍率高的特点,但储能比电容较小。 (2) 法拉第鹰电容的工作原理 法拉第鹰电容器是在电极表面或体相中的二维或准二维空间上,电极活性物质进行欠电位沉积,发生高度可逆的化学吸附脱附或氧化还原反应,产生与电极充电电位有关的电容。对于法拉第准电容,其储存电荷的过程不仅包括双电层上的存储,而且包括电解液中离子在电极活性物质中由于氧化还原反应而将电荷储存于电极中。对于其双电层中的电荷存储与上述类似,对于化学吸脱附机理来说,一般过程为电解液中的离子一般为或在外加电场的作用下由溶液中扩散到电极溶液界面,而后通过界面的电化学反应而进入到电极表面活性氧化物的体相中若电极材料具有较大比表面积的氧化物,就会有相当多的这样的电化学反应发生,大量的电荷就被存储在电极中。放电时这些进入氧化物中的离子又会重新返回到电解液中,同时所存储的电荷通过外电路而释放出来,这就是法拉第准电容的充放电机理。法拉第鹰电容可以产生高的比电容,但因为法拉第反应的限制,倍率性能比双电层电容小。

电化学工作站技术参数

电化学工作站技术参数 一、主机与配置规格 1.测试通道配置数量:安装4个7 MHz电化学阻抗测试通道板; 2.通道测试功能:所有通道都具备电化学交流阻抗测试功能、循环伏安、电化学噪声、极化曲线、恒电位、恒电流、脉冲伏安、恒定加载放电、恒功率放电、电位滴定、电流滴定、恒电流充放电等测试功能; 3.浮地功能:4个通道全部具备; 二、测试通道的技术参数要求 1.★EIS电化学阻抗频率测试范围:50 μHz– 7 MHz(4个); 2.EIS频率分辨率:<0.001%; 3.EIS电化学阻抗频率最高测试精度:<0.5%; 4.电流量程:不少于400 mA,可选配放大器升级到100 A以上; 5.施加电流分辨率:<0.006%; 6.电流测试精度:<0.1%; 7.测试电流分辨率:<0.004%; 8.工作电压:+/-10V; 9.电压测试精度:<0.1%; 10.带宽:8 MHz; 11.★数据采集速率:不少于800,000点/秒; 12.★电池正负极阻抗测试:4个通道都具备运行一次阻抗测试可同时测量工作电极对参比, 辅助电极对参比,工作电极对辅助电极的3个阻抗谱; 13.电池正负极电压记录:4个通道都具备一次实验,同时记录工作电极对参比,对电极对参 比,工作电极对对电极的电压值; 14.★无线控制:用户可通过WIFI网络控制仪器进行测试; 15.双恒电位:可以组建2套双恒电位仪,同时连接2套RRDE旋转环盘电极系统同步测量; 16.软件升级:支持每年升级一次新版本软件; 17.硬件升级:可升级到48 V高电压,120 A大电流; 三、售后服务 1年免费保修,免费上门安装培训与技术支持

镍钴锰酸锂电化学性能测试 首次放电比容量及首次充放电效率测试

I C S77.160 H21 中华人民共和国国家标准 G B/T37201 2018 镍钴锰酸锂电化学性能测试首次放电比容量及首次充放电效率 测试方法 E l e c t r o c h e m i c a l p e r f o r m a n c e t e s t o f l i t h i u mn i c k e l c o b a l tm a n g a n e s e o x i d e T e s tm e t h o d f o r d i s c h a r g e s p e c i f i c c a p a c i t y a n d c h a r g e-d i s c h a r g e c o u l o m b i c e f f i c i e n c y o f t h e f i r s t c y c l e 2018-12-28发布2019-11-01实施 国家市场监督管理总局

中华人民共和国 国家标准 镍钴锰酸锂电化学性能测试 首次放电比容量及首次充放电效率 测试方法 G B/T37201 2018 * 中国标准出版社出版发行 北京市朝阳区和平里西街甲2号(100029)北京市西城区三里河北街16号(100045)网址:w w w.s p c.o r g.c n 服务热线:400-168-0010 2018年12月第一版 * 书号:155066四1-61848

前言 本标准按照G B/T1.1 2009给出的规则起草三 本标准由中国有色金属工业协会提出三 本标准由全国有色金属标准化技术委员会(S A C/T C243)归口三 本标准起草单位:济宁市无界科技有限公司二广东邦普循环科技有限公司二天津国安盟固利新材料科技股份有限公司二中伟新材料有限公司二四川科能锂电有限公司二格林美(无锡)能源材料有限公司二北大先行科技产业有限公司二西安赛尔电子材料科技有限公司二湖南邦普循环科技有限公司二西北有色金属研究院三 本标准主要起草人:李俊峰二蒋永善二余海军二谢英豪二李长东二林若虚二周玉林二訚硕二任永志二王一乔二岳波二许开华二徐世国二姜晓瑞二杨焕芳二冯庆二吴怡芳三

电化学储能电站施工及验收规范大纲

电化学储能电站施工及验收规范 Code for construction and acceptance of electrochemical energy storage station 一、大纲编制的基本思路 1、编制内容的边界范围 一般情况下,工程建设活动有规划、勘察、设计、施工(包括安装)与监理、验收、运行、维护、拆除等组成。 本标准内容范围将集中在储能电站施工、设备安装、验收这三个环节,且应与正在编制国家标准《电化学储能电站设计规范》保持内容上的相互支撑、补充与衔接,与未来将会制定有关运维与拆除环节的标准相衔接。 2、标准的构成格式 本次大纲主要针对正文部分和补充部分。本标准要严格按照住建部出版的《工程建设标准编制指南》规定的格式。 ●前引部分(封面、扉页、公告、前言、目次)、正文部分(总则、术语、 技术内容)、补充部分(附录、标准用词说明、引用标准名录) 3、技术内容重点 ●土建工程施工的通用性技术要求; ●土建工程施工中针对储能装置等特殊需求的专业技术要求 ●储能电站中通用电气设备的安装与调试的通用技术要求; ●电化学储能装置安装与调试的专用技术要求; ●储能电站整体系统调试的技术要求; ●土建施工及设备安装调试过程中各自针对环境与水土保持的技术要求; ●土建施工及设备安装调试过程中各自针对的安全与职业健康技术管理 规定; ●设备及储能电站的整体验收技术要求。 4、需要开展研究的工作 目前,根据查询,国际上尚没有发布关于电化学储能电站施工与验收方面的技术标准。储能电站建设案例并不是很多,在运行的储能电站数量少、运行时间短,此外,储能电站建设中

引入了许多新技术、新设备等,还处于不断进步与完善过程中。因此,编制标准的征求意见阶段需要安排必要的调研工作、技术测试与试验工作以及专题论证工作。 大纲准备阶段,应对上述情况给予重视。 5、参编单位的结构 为确保高质量完成标准的编制,参编单位中尽可能包含具有以下属性的单位:1、具有储能电站建设业绩的业主单位;2、具有储能电站建设施工业绩与经验的工程施工单位,3、具有储能电站设计业绩与经验的设计单位,4、储能电站核心设备与新技术装置的研发与生产单位,5、具有参与储能电站系统调试与试运经验的科研(或技术业务)单位,6、参与国家标准《电化学储能电站设计规范》编制的单位等。 二、规范编制大纲 本规范根据住房和城乡建设部《关于印发<2013年工程建设标准规范制订修订计划的通知>(建标[2013]6号)的要求,由中国电力企业联合会和中国电力科 学研究院会同有关单位共同编制完成。 牵头单位:中国电力企业联合会中国电力科学研究院 参编单位:(建议)上海电力设计院、冀北电力公司、北京输变电工程公司、浙江电力公司、福建电力公司、上海电力公司、许继集团有限公司、深圳比亚迪股份有限公司、宁德时代新能源科技有限公司、大连融科储能技术发展有限公司、北京普能世纪科技有限公司 目的:为保证电化学储能电站的工程质量,促进工程施工及验收技术水平的提高,确保电化学储能电站建设的安全可靠,制定本规范。 适用范围:本规范适用于新建、改建和扩建的固定式电化学储能电站,不适用于移动式储能电站工程。

“十四五”制约电化学储能发展的难点

“十四五”制约电化学储能发展的难点 2018年我国电化学储能出现爆发式增长,2019年增速又出现了急剧降低,2020年地方政府推动储能发展的意愿更加强烈。“十四五”时期,储能是否能够迎来发展机遇,这需要正视储能面临的问题,以疏通制约储能发展的瓶颈。 “十三五”时期我国电化学储能 发展历程及市场动态 我国电化学储能装机持续增长,但是增速却呈波浪式前进。2015~2019年,我国电化学储能装机从106兆瓦增至1709兆瓦,增加了15倍。从增速看,2015~2019年,我国电化学储能增速分别为25%、130%、64%、169%以及59%。值得注意的是,2019年我国电化学储能增速大幅下降,凸显出发展动能不足。 政策对储能有着至关重要的影响。从2017~2019年的政策看,2017年10月份,国家发改委等5部门联合发布了《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》,为行业发展树立了信心,进而推动了2018年电化学储能的爆发式增长。然而,2019年上半年,国家发改委、能源局印发了《输配电定价成本监审办法》,明确提出抽水蓄能电站、电储能设施不得计入输配电定价成本。两大电网公司也相继跟进,严格限制企业内部储能投资,导致2019年电化学储能增速大幅回落。可以看到,我国推动储能发展的市场模式并未形成,储能产业政策依赖性非常强烈。 2020年,地方政府(电网)正在推动“新能源+储能”的发展模式。今年3月23日,国网湖南省电力有限公司下发了《关于做好储能项目站址初选工作的通知》,明确提出:“经多方协调,已获得28家企业承诺配套新能源项目总计建设388.6兆瓦/777.2兆瓦时储能设备,与风电项目同步投产”。3月24日,内蒙古能源局发布了《2020年光伏发电项目竞争配置方案》,明确优先支持光伏+储能建设。若普通光伏电站配置储能系统,则应保证储能系统时长为1小时及以上,配置容量达到项目建设规模的5%及以上。3月30日,新疆发改委印发了《新疆电网发电侧储能管理办法》征求意见稿,明确提出,鼓励光伏、风电等发电企业、售电企业、电力用户、独立辅助服务提供商等投资建设电储能设施,要求充电功

铝及铝合金的电化学氧化

铝及铝合金的电化学氧化(导电氧化): 在电解质溶液中,具有导电表面的制件置于阳极,在外电流的作用下,在制作表面形成氧化膜的过程称为阳极氧化,所产生的膜为阳极氧化膜或电化学转化膜. 电化学氧化膜与天然氧化膜不同,氧化膜为堆积细胞结构,每个细胞为一个六角柱体,其顶端为一个圆弧形且具六角星形的细孔截断面.氧化膜有两层结构.靠近基体金属的是一层致密且薄,厚度为 0.01~0.05μm的纯AL2O3膜,硬度高,此层即为阻挡层;外层为多孔氧化膜层,由带结晶水的AL2O3组成,硬度较低. 电化学氧化按电解液的主要成分可分为:硫酸阳极氧化,草酸阳极氧化,铬酸阳极氧化;按氧化膜的功能可分为:耐磨膜层,耐腐蚀膜层,胶接膜层,绝缘膜层,瓷质膜层及装饰氧化. 另外铝的表面处理可以用电镀的方式,提高硬度先镀底铜再镀硬铬,装饰可以镀装饰铬,另外阳极氧化也可进行着色处理 《材料工程丛书-表面处理手册》 1 氧化染色原理 众所周知,阳极氧化膜是由大量垂直于金属表面的六边形晶胞组成,每个晶胞中心有一个膜孔,并具有极强的吸附力,当氧化过的铝制品浸入染料溶液中,染料分子通过扩散作用进入氧化膜的膜孔中,同时与氧化膜形成难以分离的共价键和离子键。这种键结合是可逆的,在一定条件下会发生解吸附作用。因此,染色之后,必须经过封孔处理,将染料固定在膜孔中,同进增加氧化膜的耐蚀、耐磨等性能。

2 阳极氧化工艺对染色的影响 在氧化染色整个流程中,因为氧化工艺原因造成染色不良是比较普遍的。氧化膜的膜厚和孔隙均匀一致是染色时获得均匀一致颜色的前提和基础,为获得均匀一致的氧化膜,保证足够的循环量,冷却量,保证良好的导电性是举足轻重的,此外就是氧化工艺的稳定性。 硫酸浓度,控制在180—200g/l。稍高的硫酸浓度可促进氧化膜的溶解反应加快,利于孔隙的扩张,更易于染色; 铝离子浓度,控制在5—15 g/l。铝离子小于5g/l,生成的氧化膜吸附能力降低,影响上色速度,铝离子大于15 g/l时,氧化膜的均匀性受到影响,容易出现不规则的膜层。 氧化温度,控制在20℃左右,氧化槽液的温度对染色的影响非常显著,过低的温度致使氧化膜的膜孔致密,染色速度显著减缓;温度过高,氧化膜蔬松,容易粉化,不利于染色的控制,氧化槽的温差变化应在2℃以内为宜。 电流密度,控制在120—180a/m2。电流密度过大,在膜厚一定的情况下,就要相应地缩短铝制品在槽中的电解时间,这样,氧化膜在溶液中的溶解减少,膜孔致密,染色时间加长。同时,膜层容易粉化。膜厚,染色要求氧化膜厚度一般在10μm以上冲溶液。 膜厚过低,染色容易出现不均匀现象,同时在要求染深色颜色(如黑色)时,因为膜厚不够,导致染料的沉积量有限,无法达到要求的颜色深度。 总而言之,阳极氧化作为染色的前工序,是染色的基础。阳极氧化的

测试电化学电容第二部分循环充放电和堆栈

测试电化学电容:第二部分—循环充放电 和堆栈
指南目的
本章为应用指南描述能量存储装置中电化学技术的第二部分。主要解释 Gamry PWR800 测试软件以及介 绍电化学电容的测试技术。本应用指南同样将延伸至电池测试领域。
简介
在第一部分中对电化学电容进行了简单介绍。讨论了一些在能量储存应用领域之外化学家们所熟悉的技术。 第三部分将针对电容进行电化学阻抗谱(EIS)测试的理论和实践。
浅色波形为施加在电容上的电流。深色波形显示的是测试的电压。电容在 0 到 2.7V 之间循环,保持电流 为 0.225 A。
实验
循环充放电(CCD)是用于测试 EDLCs 和电池性能以及循环寿命的标准技术。可重复的充放电周期成为 循环。
很多时候,在一组特定的电压达到之前充放电都是在恒流的条件下进行的。对每次循环中的充电电容(容 量)进行测量,通过计算得到电容值 C(公式 1),单位为 F。二者都对循环次数作图。该图被称为容量 曲线。
在实际应用中,电荷被普遍称为容量。通常容量的单位是安时(Ah),1Ah=3600 库仑。
如果容量下降至设定值 10%或 20%,实际的循环次数意味着电容的循环寿命。一般来说,商业化电容可 以循环几十万次。
如图 1 所示为在一个新的 3F 双电层电容上记录得到循环充放电数据。图中给出了 5 次循环电流和电压对 时间的曲线,每次循环都用不同颜色表示。
浅色波形为施加在电容上的电流。深色波形显示的是测试的电压。电容在 0 到 2.7V 之间循环,保持电流 为 0.225 A。

电化学储能在电力调频系统中的应用

电化学储能在电力调频系统中的应用 一、发展背景 随着中国风电和光伏的发展,在积极消纳清洁能源、特高压电网加快建设、“两个细则”全面实施的背景下,火电机组调峰调频性能的提升是目前发电集团和电网共同关注的问题,火电机组不仅随着中国北方风电和光伏的发展,在积极消纳清洁能源、特高压电网加快建设、“两个细则”全面实施的背景下,火电机组调峰调频性能的提升是目前发电集团和电网共同关注的问题。火电机组不仅承载电网的基本调峰负荷的重任,更需在调峰和调频方面的电力市场辅助服务中具有一定的竞争力,同时也需权衡机组长期运行安全性和整体稳定性的需求。 2009 年1 月,国家电监会印发了《并网发电厂辅助服务管理暂行办法》和《发电厂并网运行管理规定》(简称“两个细则”),要求各地电监局和省电监办结合本区特点,依照电监会两个文件精神,制定本区域的并网发电厂辅助服务和运行管理实施细则。华北电监局及时制定了《华北区域发电厂并网运行管理实施细则(试行)》和《华北区域并网发电厂辅助服务管理实施细则(试行)》,并在并网协议中规定对发电机组提供的辅助服务按效果进行处罚和奖励。 2014 年4 月,国家能源局召开了“辅助服务补偿机制深度试点工作启动会”,明确储能为试点工作内容。2016 年6 月,国家能源局发布《国家能源局关于促进电储能参与“三北”地区电力辅助服务

补偿(市场)机制试点工作的通知》(国能监管[2016] 164 号)。上述政策不仅对不满足一次调频和二次调频等要求的机组执行相应的处罚,对提供较多较好辅助服务的机组也有一定的补偿,实质上已经建立了初步的发电辅助服务市场机制。提高机组运行质量、增强机组调频能力、减少考核处罚、争取辅助服务收益已经成为发电企业一个新型盈利方向。 电网电源结构以大型火电机组为主,ACE 调频电源几乎全部为火电机组,优质调频电源稀缺。因火电机组ACE 调频能力较弱,故电网整体ACE 调频能力有限。同时,随着风电、光伏等新能源电站的大量建设和入网,风电穿透率不断提高,风电和光伏等具有间歇性、不可控性,新能源的大规模并网将显著增加电网的ACE调频需求,特别是在冬季风电大发时期,由于大量火电机组进入供热期运行,使得电网的调频能力进一步下降,进而将对风电的开发利用形成严重制约,电力系统运行安全存在潜在隐患。此外,大量的火电机组长期承担繁重的ACE调频任务,造成了发电煤耗增高、设备磨损严重,机组排放超标等一系列负面影响。 目前,一些储能技术开始逐步成规模的进入调频市场,在过去的10年内,全球范围内各种新型储能技术和产品获得了突破,在储能产品的使用寿命、功率和容量、系统可靠性等方面都有了长足的发展,已经完全能够满足电网的需求。

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