2014年10月23-25日第一届全国储能科学与技术大会在上海交通大学闵行校区召开。会议同时还召开了“第四届中聚电池技术创新论坛”和“中英储热研究论坛”。此次大会内容丰富,报告精彩纷呈,从锂电池电极材料设计、超级电容器电极材料制备、新型电池研究以及其他储能、储热技术的原理与发展进展。由于我的研究生方向是碳基材料的制备及其在超级电容器上的应用,所以我更加关注超级电容器方面的研究进展和最新动态,与此同时也聆听了锂离子电池技术和其他感兴趣的报告。
24日上午,解放军防化研究院第一研究所杨裕生院士做了题为“电池与超级电容器的融合发展”的大会报告。报告主要介绍了铅炭电池、电容型锂离子电池和电容型镍氢电池。就铅炭电池中活性炭的作用,杨院士课题组通过实验,在定性与半定量层面上证明了活性炭在铅炭电池内主要有五种机制:1,超级活性炭双电层储能(平缓大电流冲击,减轻正极的极化);2,超级活性炭中存储电解液(就近收缩,提供电解质);3,超级活性炭增强电导(减小负极内阻);4,超级活性炭孔中沉积纳米铅(大面积、高反应活性、大电流);5,超级活性炭的膨胀剂作用(缓冲体积变化,稳定电极结构)。同时指出加入的活性炭应具有高比表面积、高中孔孔容、高电导率、高纯度、高密度、高性价比、润湿性好、析气少,活性炭加入量应适中,多加则增加负面效应。这也启发了我,如果用石墨烯替代活性炭,其效果会不会更好,当然石墨烯相对于活性炭,密度相对低,润湿性也相对差,但是其电导率要远高于活性炭。
中国科学院物理研究所李泓研究员就“化学储能技术发展趋势的考虑”阐明了自己的观点和看法。他详细地总结了目前各种储能技术的工作原理、发展现状和适合的应用领域,并对下一代锂离子电池储能技术做了展望。同时通过对1172个电化学储能体系的理论能量密度计算,提出了化学储能技术的能量密度的极限在哪里?并认为非活性材料应该向薄型化发展,电解质,添加剂,粘结剂,集流体,封装材料,隔膜材料等应该协同作用,共同提高器件性能。
下午,杭州塞恩斯能源科技有限公司李总就目前锂动力电池产业化关键技术做了“大容量锂电池系统:18650技术路线关键系统”的报告。他指出为了做大锂离子电池容量应该坚持电流均匀和温度均匀的基本原则和两条可行性大容量模块的技术路线(大方型单体路线、小圆柱组合路线)。同时分析了目前动力锂电池不安全造成的因素:电解液是有机电解液,易燃;隔膜非常薄,一旦被刺穿,会造成短路,瞬间产生高温,引燃电解液;电池极板面积很大,微短路可能性增大,易造成热失控。阐明了18650组合技术路线三要素:电芯制造、组合技术、管理系统,三要素是一个整体,缺一不可,同样重要。最后总结了高品质电芯与自动化生产线,综合成本与梯次利用的重要意义。
中国科学院物理研究所黄学杰研究员报告的题目是锂离子储能电池技术经济性分析。他通过结构设计、优化调控来提高电化学性能,介绍了锂电池电极材料(正极:LiFePO4、LiV3O8、尖晶石高压、层状高镍正极、磷酸钒锂,负极:MnO/Graphene、Fe3O4/Graphene、硅负极),超级电容器电极材料(石墨烯、生物质碳材料、聚合物/石墨烯),钠离子电池(对苯二甲酸钠、氧化石墨烯、磷酸钒钠)。指出了纳米化、碳导电网络、石墨烯复合结构、化学组成(官能团、掺杂效应)对性能影响的重要意义。
中国科学院大连化物所张华民研究员做了“液流电池储能技术的最新进展”报告。该报告主要介绍了课题组关于高性能、低成本非氟多孔离子传导膜研究进展和液流电池产业化发展近况和规划。目前全氟磺酸离子交换膜具有离子传导性高,化学稳定性好,但是离子选择性低且价格昂贵。为此他们课题组自主开发研究了具有低成本,环境友好的孔径分布匀均可控的非氟多孔离子交换膜应用于全钒液流电池,原创性的提出了不含离子交换基团的“离子筛分传导”的概念,从分子尺度上实现了对钒离子和氟离子筛分传导。最后他还指出了要解决的关键科学技术问题:高性能、低成本的液流电池材料的设计与性能调控和工程化技术,多价态钒离子溶液化学及在膜中的扩散机理和调控机制,电池内部极化的影响因素及调控机制,稳定可靠的电池运行管理策略,液流电池新体系探究与开发。
25日上午,武汉理工大学的麦立强教授做了“纳米线储能材料与器件”的报告。报告通过构建单根纳米线器件来揭示容量衰减的科学规律,从而提出化学预嵌入改善材料电输运性能,进而利用构筑新结构实现结构稳定性与电输运性能协同优化,最后放量试验实现批量制造与应用。报告重点介绍了稳定结构策略,一是分级结构构筑,二是导电缓冲结构构筑。分级结构构筑中,他们课题组利用纳米线中空微球结构的构筑缓冲了充放电过程中材料的体积变化造成的结构破坏,同时在一定程度上加强了材料的反应动力学。除此之外,麦教授还介绍了双连续异质介孔纳米线结构、双连续介孔碳网络结构、半中空双连续石墨烯卷结构、褶皱石墨烯自适应结构四种导电缓冲构筑。双连续异质介孔纳米线结构实现了双连续传输通道,更大的比表面积,更小的扩散路径,结构稳定性优良。双连续介孔碳网络通过对介孔碳的修饰提高了电导率,增大了比表面积,使电解液和活性材料充分接触,从而使材料表现出高低温特性、循环稳定性及大倍率性能优越。V3O7纳米线/石墨烯半中空卷结构中,石墨烯半中空卷包覆可为材料提供膨胀空间,抑制自团聚,保证循环过程中电子离子双通道畅通,同时石墨烯的加入明显提高了电导率。褶皱石墨烯自适应结构则是材料本身具有良好的舒张性能,结构保持良好。
湘潭大学王先友教授做了“碳化物骨架碳材料制备及其储能特性研究”的报告。他们课题组通过对金属碳化物选择性的刻蚀金属原子实现多孔碳材料的制备。他主要介绍了碳化钙与氯气反应制备,碳材料应用于超级电容器中的研究,进而通过三种H3PO4,ZnCl2,KOH不同手段的活化处理来提高电化学性能,最后介绍了碳化钙衍生碳具有链状形貌和分层的孔结构。
通过这次储能大会的学习,收获很多,对于之前一些不熟悉,或者以前不关注的领域,有了新的认识,对于自己研究的东西,有了更加深刻的理解和认知。