近年來,低速電動自行車因具有良好的經(jīng)濟(jì)性、使用成本低、充電方便等優(yōu)勢,在山東的一些城市形成了一定的規(guī)模,保有量日益增長。然而,低速電動車中廣泛使用的鉛酸電池因具有環(huán)境污染等問題,在很大程度上限制了其發(fā)展。
作為一種綠色高效的高能量密度與高功率密度兼顧的環(huán)保型儲能器件,鋰離子電容器其能量密度可達(dá)30Wh/kg,是鉛酸電池的有力替代者。近年來,中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所先進(jìn)儲能技術(shù)中心(青島儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院)韓鵬獻(xiàn)高工、姚建華工程師領(lǐng)銜的研究小組,在國家“863”項目(2011AA050905)和青島市戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)培育計劃項目(13-4-1-10-gx)支持下,利用青島豐富的石墨資源,成功解決了包括預(yù)嵌鋰在內(nèi)的一系列關(guān)鍵工藝技術(shù),開發(fā)出充放電循環(huán)壽命1500次容量保持率大于93%的鋰離子電容器器件。相關(guān)技術(shù)已申請國家專*保護(hù),并已授權(quán)1項。
另外,圍繞青島石墨高值化利用需求,探索了石墨烯基鋰離子電容器關(guān)鍵炭電極材料(J. Mater. Chem.,2012,22: 24918;J. Mater. Chem. A,2013,1: 5949)和釩液流儲能電池用的催化材料;诟咝阅苁┗牧洗呋C離子氧化還原的前期探索(Carbon, 2011, 49: 693、Energy Environ. Sci., 2011, 4: 4710),近期又成功制備出釩液流儲能電池RuSe/還原氧化石墨烯納米復(fù)合材料。與單純還原氧化石墨烯相比,該復(fù)合材料對釩液流電池中釩離子電對VO2+/VO2+的氧化還原可逆性得到大大改善,電池電壓效率、庫倫效率和能量效率均得到大幅提高(RSC Adv., 2014, 4: 20379)。
動力鋰離子電池能量密度的提高,除與正負(fù)極材料相關(guān)外,對所采用的電解液的要求也越來越高。作為添加劑用二(三氟甲基磺酰)亞胺鋰(LiTFSI)為代表的鋰離子電池電解質(zhì)鹽,與六氟磷酸鋰相比,具有優(yōu)越的熱穩(wěn)定性、良好的電導(dǎo)性和電化學(xué)穩(wěn)定性,然而,如何解決在高電位窗口時,該電解質(zhì)鹽對正極鋁箔集流體的腐蝕和降低內(nèi)阻是迫切需要解決的問題。研究人員成功制備出具有高度取向結(jié)構(gòu)的柔性石墨膜材料,在LiTFSI電解質(zhì)鋰鹽中,顯示出優(yōu)異的耐電化學(xué)腐蝕性能。
單電池常溫循環(huán)1000次,容量保持率高達(dá)89%;高溫55℃,充放電循環(huán)300次,容量保持率也在80%以上,而在該體系下采用鋁箔為集流體,充放電循環(huán)10次后,由于鋁箔的嚴(yán)重腐蝕,電極材料從鋁箔集流體上剝落,從而容量急劇衰減(Electrochem. Commun.,2014,DOI: 10.1016/j.elecom.2014.05.001)。