高倍率鈉離子儲(chǔ)能材料與器件研究分析報(bào)告-演講課件

匯報(bào)內(nèi)

容研究背景高倍率儲(chǔ)鈉材料NASICON-Na3V2(PO4)3正極基于贗電容機(jī)制的高倍率儲(chǔ)鈉材料與器件3.

總結(jié)2鈉離子儲(chǔ)能技術(shù)契機(jī)：①碳中和

②鋰資源

③國際形勢(shì)零碳投資提出：2030年，中國電力需求將達(dá)約11萬億千瓦時(shí)(TWh)，煤電裝機(jī)控制在2019年水平，非水可再生能源發(fā)電裝機(jī)達(dá)到1650GW，每年新增裝機(jī)約為110

GW。低廉、不受資源限制的鈉離子基儲(chǔ)能體系5.3碳酸鋰價(jià)格(萬元/噸)50.347.3暴漲近10倍張北可再生能源柔性直流電網(wǎng)示范工程“綠電”：太陽能+風(fēng)能+儲(chǔ)能3鈉離子電池原理與優(yōu)勢(shì)NaLiCation

radius97

pm68

pmAtomic

weight23

g/mol6.9

g/molEovs.

SHE-2.7

V-3.04

VMelting

point97.7

oC180.5

oCAbundance23.6×103

mg/kg20

mg/kgDistributionEverywhere70%inSouth

AmericaPrice,

carbonatesNa2CO3:~2k

RMB/tLi2CO3:>500k

RMB/t胡勇勝等，儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù)，2020鈉離子電池工作示意圖4Dunnetal.,Science,2011,334,928規(guī)?；茉创鎯?chǔ)：時(shí)間跨度大、儲(chǔ)能技術(shù)需求不同1.超長時(shí)間尺度儲(chǔ)能系統(tǒng)抽水蓄能/壓縮空氣/綠氫2.中長時(shí)間尺度儲(chǔ)能系統(tǒng)鋰（鈉）離子電池/鉛酸電池/液流電池t/hPower削峰填谷/輸出調(diào)頻調(diào)頻3.短時(shí)高頻儲(chǔ)能系統(tǒng)飛輪儲(chǔ)能/超級(jí)電容器/混合電容器（電池電容）?

高功率鈉離子電池/電容(兼顧高功率與高能量密度）5高功率儲(chǔ)能器件：功率輸出、超級(jí)快充、動(dòng)/勢(shì)能回收北京地鐵超級(jí)電容/電池混合儲(chǔ)能節(jié)能率達(dá)13％，年均節(jié)電1億度高能超電容儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)全線無觸網(wǎng)電磁彈射動(dòng)能回收勢(shì)能回收超級(jí)快充船塢吊機(jī)：40%能量回收風(fēng)機(jī)調(diào)頻6高倍率鈉離子電池材料：NASICON正極NASICON-type

Na3V2(PO4)3三維鈉離子擴(kuò)散通道Banksetal.,J.Mater.Chem.A,2014,2,

5358–5362Tarascon*,Joule2020,4,

1–5快速的Na+離子擴(kuò)散差的電子電導(dǎo)7磷酸釩鈉的導(dǎo)電性修飾：NVP@C@CNTsWei*etal.,Adv.Mater.2022,34,

2108304.b=0.5b=0.5ipeak=

avb傳統(tǒng)碳包覆納米顆粒NVP導(dǎo)電層多維尺度異質(zhì)復(fù)合NVP的過電勢(shì)遵循歐姆規(guī)則，與導(dǎo)電率至關(guān)重要Na+在NVP中遵循半自由擴(kuò)散，擴(kuò)散系數(shù)~10-9

cm2

s-18NVP@C@CNTs：高倍率與長循環(huán)性能NVP的電化學(xué)性能：倍率超過100C上萬次穩(wěn)定循環(huán)高/低溫性能優(yōu)異9石墨負(fù)極：[Na-G2]+共嵌入反應(yīng)[Na-G2]+共嵌入反應(yīng)：優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性高負(fù)載下的體積膨脹問題有待優(yōu)化i=

avb正負(fù)極倍率可匹配ICE=90%10超高功率密度鈉離子電池cd能量@功率：128

Wh/kg@0.15

kW/kg、

88

Wh/kg@10.6

kW/kg（扣電/基于材料算）壽命：5

A/g大電流下5000次循環(huán)后容量保持率72.7%11NVP厚電極數(shù)據(jù)10

C25

C40

CNVP厚電極性能高負(fù)載：10

mg/cm2倍率性能：78%@10C，64%@25C，53@40C壽命：15mA/cm2

(15

C)

下穩(wěn)定循環(huán)450次12Chem.Rev.2020,120,14,

6738–6782贗電容儲(chǔ)能機(jī)制：兼顧高倍率和高比容量電池雙電層電容晶體/納米設(shè)計(jì)13非原位觀測(cè)不同顆粒尺度TiO2儲(chǔ)鈉行為自外向內(nèi)的無定型化過程仍然保持晶態(tài)1410

nm顆粒 100

nm顆粒二維介孔TiO2/介孔碳異質(zhì)納米片Lan#,Wei#,Mai*,Zhao*,etal.J.Am.Chem.Soc.2019,141,

16755.SSA:227

m2/g自下而上組裝二維單層介孔碳/介孔TiO2/介孔碳異質(zhì)納米片15二維介孔TiO2/介孔碳異質(zhì)納米片Meso-TiO2：高比面積、高比容量、高倍率性能Meso-TiO2：近乎100%贗電容反應(yīng)活性材料16介孔TiO2微球：高比表面積+高質(zhì)量比容量+高體積比容量Lan,Wei*,Zhao*,J.Am.Chem.Soc.2021,143,35,

1409717介孔TiO2微球：高振實(shí)密度與高質(zhì)量/體積比容量硬碳TiO2與硬碳體積比容量相當(dāng)倍率比硬碳優(yōu)異循環(huán)穩(wěn)定性好18嵌入型贗電容負(fù)極：層狀Fe5V15O39(OH)9·9H2OICE=93.86%ICE=81.41%基于嵌入型贗電容反應(yīng)首次庫倫效率高具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性倍率性能優(yōu)異基于轉(zhuǎn)化型反應(yīng)X 首次庫倫效率低X 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差X 高倍率性能差19電池-贗電容混合鈉離子電容器電池-贗電容混合鈉離子電容器：正負(fù)極均含有法拉第反應(yīng)，能量密度與功率密度高電極無需預(yù)鈉化處理，易裝配，循環(huán)壽命長，安全性好ced20電池-贗電容混合鈉離子電容器：高安全性Dong,Wei*,Mai*,NanoEner