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应用在国内首辆以全炭型锂离子电容器为唯一动力源的示范观光车,长寿命锰酸锂系储能电池

发布时间:2020-04-28 20:08编辑:葡萄京棋牌浏览(85)

    日前,中国科学院电工研究所超导与能源新材料研究部马衍伟团队在锂离子电容器负极预嵌锂技术方面取得进展,相关研究结果发表于材料期刊Energy Storage Materials。  Li3N预嵌锂过程示意图  锂离子电容器是一种介于超级电容器和锂离子电池之间的新型储能器件,具有高能量密度、高功率密度、可快速充放电、长循环寿命和安全性能好等优点,在轨道交通、电动汽车、新能源发电、航空航天和国防军事等领域有着广泛的应用前景。  负极预嵌锂是制备高性能锂离子电容器的关键技术之一。该研究创新性提出了以高比容量的Li3N作为锂离子电容器的预嵌锂剂,首次采用干法工艺制备出活性炭与Li3N复合正极,软碳材料作为负极,组装成软包装锂离子电容器。Li3N在首周充电后完全分解为Li+和N2,Li+进入负极完成预嵌锂过程,N2通过二次封口工艺排除,不残留非电化学活性物质。基于电极材料的能量密度达到74.7Wh/kg,功率密度达到12.9kW/kg,且循环10000周后容量保持率为91%。该方法操作工艺简单、效率高,易于实现锂离子电容器的规模化制备。  该研究团队近年来在锂离子电容器规模化制备以及应用示范方面开展了大量的研究工作,取得了一系列研究成果。在11月举办的“2019超级电容产业年会”上,其研究成果“我国自主研发的全碳型锂离子超级电容器实现装车示范运行”被中国超级电容产业联盟评选为“2019中国超级电容产业十大事件之一”。   标签: 电容器

    在“十二五”863计划先进能源技术领域 “高性能化学储能电池及示范电站关键技术研究” 主题项目支持下,“高比能、低成本的新型超级电容器关键技术研究”、“长寿命锰酸锂系储能电池关键技术及示范”等课题均取得了重大进展,近期通过了技术验收。

    近日,中国科学院电工研究所超导与能源新材料研究部承担的北京市科委重点研发计划项目电动汽车用高比能超级电容器研制通过北京市科学技术委员会组织的验收。

    在“新型超级电容器”方面,突破了高能量密度高功率密度长寿命超级电容器的制备技术瓶颈,研制了多孔石墨烯、高耐压电解质盐和电解液、纤维素隔膜等材料,开发了干法制备电极片中试技术,突破了超级电容器产业化的核心技术,产品已在机械能回收、超级电容器轨道车辆方面在国内外获得应用。目前国内在超级电容器方面从材料、器件到系统集成已形成核心技术体系,改变了超级电容器在十一五期间由国外产品垄断的局面。

    经过两年技术攻关,课题组开发出高比容量活性炭材料、高倍率负极材料体系、石墨烯复合材料等关键材料,并结合先进的穿孔集流体无损涂布技术和负极可控预嵌锂技术等,成功研制出具有高能量密度和高功率密度的全炭型锂离子电容器单体。经轻工业化学电源研究所第三方检测,电容器单体实际容量为2350F,基于整个单体质量的能量密度达33.6Wh/kg,功率密度达5.2kW/kg,循环1万周容量保持率为95.2%以上,-20℃下容量保持率为89%,并组装成容量为7.5Ah、额定电压为64V的锂离子电容器模组,应用在国内首辆以全炭型锂离子电容器为唯一动力源的示范观光车。

    在“长寿命锰酸锂系储能电池”方面,开展了层状锰酸锂、表面包覆单晶锰酸锂、铝钴共掺杂锰酸锂正极材料、沥青和树脂衍生的硬碳负极材料、功能电解液的研究,以及单体电池、模块和储能系统的研究,掌握了长寿命低成本锂离子储能系统的产业化关键技术,单体寿命已经超过3000次,最高达到6000次。在国际上完首次成了2套50kW/100kWh级层状锰酸锂/硬碳锂离子电池储能系统的开发并示范运行;同时开发了20kWh家用太阳能发电储能系统,3kWh备用应急电源等应用示范。

    专家组对项目取得的成果给予了充分肯定和高度评价:相关技术指标处于国内领先水平,已建成超级电容器中试制备平台,具备软包装锂离子电容器的批量化制备能力,软包超级电容器可形成模组,已用于小型观光车示范,对促进超级电容器在电动汽车上的应用具有重要意义,专家一致认为承担单位各项技术指标全面达到了课题任务书规定的考核指标要求,同意该课题通过验收。

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