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谈“锂离子电池、全钒液流电池、高温钠硫电池”，膜很关键
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从事科研数年，天天琢磨SCI。而今写个科普，逗趣逗趣。 大规模储能电池领域风起云涌，而今观之天下三分：锂离子电池、全钒液流电池、高温钠硫电池。 三种电池各有特色、长期并存是大势所趋；北京物理所（黄）、大连化物所（张）、上海硅酸盐所（温）各执一方，在华夏土体上各自施展游说之术。如果可以的话，各种技术都能出色的用于风电、太阳能电的并网及智能电网的建设。如果说技术壁垒的话，且进行粗浅的分析。 首先，锂离子电池的能量密度和能量效率很高，价格也不断降低，是非常有竞争优势的。但是这个电池的安全隐患总是让人挠心，总是有万分之一的概率会着火。你想想，十几兆瓦的电池一旦着火，场面得多壮观。更关键的问题是这个着火的速度特别快，与其用消防队灭火，还不如让电池自己烧光。新到实验室的同学们如果感兴趣锂离子电池，不如多做些阻燃电解液、自闭孔耐高温隔膜之类的研究工作。个人认为这方面的工作比开发新的、具有各种形貌的正负极材料有用的多，当然也困难的多。这方面可以多参考北京物理所黄学杰研究团队，他们的研究很全面。 其次，是全钒液流电池。这个电池很有意思，只用钒离子的硫酸水溶液作为电解液，储能的容量完全取决于储液罐内的电解液的多少。这个电池用钒矿很多，很贵。但是优点是不会着火（除非析氢特别严重，发生的概率很小，至少比铅酸电池小的多），特别适合建造大型储电站，给风力发电和太阳能发电并网时使用。以前加拿大的VRB公司做的很不错，可是因为金融危机没能坚持下去，被普能收购了。搞来稿去发现，这个电池不光钒用的多，电池里面的全氟磺酸离子交换膜用的也很多。这个问题很要命，因为这个膜太贵了，700美元/平米。大连化物所对这个很热衷，吭哧吭哧搞了15年，搞出来一个多孔离子传导膜，也搞出来一个融科储能公司，还做了应用示范。因为是核心技术，所以保密一直很严格。但是也有一些文章发表，例如在Energy& Environmental Science上连续发表了4篇“多孔膜”的论文，与他们实现技术突破的时间吻合，值得玩味。 最后，是钠硫电池。这个电池能量密度高、成本比锂离子电池还低、电池效率也能达到90%左右，是日本NGK公司一直持续不断进行研究的体系。同样，这个电池的关键还是隔膜。不过这次是无机膜，用氧化铝做的。这个膜很难做，总之很难超过日本的水平。这个电池着过几次火，销声匿迹了几年。但是这个电池是很值得投入精力进行研发的，但由于是高温电池，实验室不好做，入行门槛高一些。 总的来看，这三类电池都存在隔膜开发难题，谁掌握了膜，谁就掌握了电池的关键。这个麦克斯韦妖在膜上坐着，不是白给的啊。附件是大连化物所钒电池膜的几篇文章，自己看吧。 话不多说了，铺膜去了。 |
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10楼2015-06-07 11:54:04
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4漏掉了 以下是我统计的大化所电池膜方面的主要文章 1. Li, Xianfeng, Huamin Zhang, Zhensheng Mai, et al., Ion exchange membranes for vanadium redox flow battery (VRB) applications. Energy & Environmental Science, 2011. 4(4): p. 1147. 2. Mai, Zhensheng, Huamin Zhang, Xianfeng Li, et al., Polymer electrolyte based on chemically stable and highly conductive alkali-doped polyoxadiazole for direct borohydride fuel cell. Electrochemistry Communications, 2011. 13(9): p. 1009-1012. 3. Mai, Zhensheng, Huamin Zhang, Xianfeng Li, et al., Nafion/polyvinylidene fluoride blend membranes with improved ion selectivity for vanadium redox flow battery application. Journal of Power Sources, 2011. 196(13): p. 5737-5741. 4. Zhang, Hongzhang, Huamin Zhang, Xianfeng Li, et al., Nanofiltration (NF) membranes: the next generation separators for all vanadium redox flow batteries (VRBs)? Energy & Environmental Science, 2011. 4(5): p. 1676. 5. Wei, Wenping, Huamin Zhang, Xianfeng Li, et al., Poly(tetrafluoroethylene) reinforced sulfonated poly(ether ether ketone) membranes for vanadium redox flow battery application. Journal of Power Sources, 2012. 208: p. 421-425. 6. Zhang, Hongzhang, Huamin Zhang, Xianfeng Li, et al., Silica modified nanofiltration membranes with improved selectivity for redox flow battery application. Energy & Environmental Science, 2012. 5(4): p. 6299-6303. 7. Zhang, Hongzhang, Huamin Zhang, Xianfeng Li, et al., Crosslinkable sulfonated poly (diallyl-bisphenol ether ether ketone) membranes for vanadium redox flow battery application. Journal of Power Sources, 2012. 217: p. 309-315. 8. Ding, Cong, Huamin Zhang, Xianfeng Li, et al., Morphology and Electrochemical Properties of Perfluorosulfonic Acid Ionomers for Vanadium Flow Battery Applications: Effect of Side-Chain Length. Chemsuschem, 2013. 6(7): p. 1262-1269. 9. Li, Yun, Huamin Zhang, Xianfeng Li, et al., Porous poly (ether sulfone) membranes with tunable morphology: Fabrication and their application for vanadium flow battery. Journal of Power Sources, 2013. 233: p. 202-208. 10. Mai, Zhensheng, Huamin Zhang, Hongzhang Zhang, et al., Anion-conductive membranes with ultralow vanadiumpermeability and excellent performance in vanadium flow batteries. ChemSusChem, 2013. 6,: p. 328 – 335. 11. Wei, W., H. Zhang, X. Li, et al., Hydrophobic asymmetric ultrafiltration PVDF membranes: an alternative separator for VFB with excellent stability. Phys Chem Chem Phys, 2013. 15(6): p. 1766-71. 12. Zhang, Hongzhang, Huamin Zhang, Fengxiang Zhang, et al., Advanced charged membranes with highly symmetric spongy structures for vanadium flow battery application. Energy & Environmental Science, 2013. 6(3): p. 776-781. 13. Li, Yun, Huamin Zhang, Hongzhang Zhang, et al., Hydrophilic porous poly(sulfone) membranes modified by UV-initiated polymerization for vanadium flow battery application. Journal of Membrane Science, 2014. 454: p. 478-487. 14. Wang, Meiri, Yining Zhang, Hongzhang Zhang, et al., A Microsized Cagelike Sulfur/Carbon Composite for a Lithium/Sulfur Battery with Excellent Performance. ChemPlusChem, 2014. 79(7): p. 919-924. 15. Xu, Q., T. S. Zhao, and C. Zhang, Performance of a vanadium redox flow battery with and without flow fields. Electrochimica Acta, 2014. 142: p. 61-67. 16. Xu, Wanxing, Xianfeng Li, Jingyu Cao, et al., Membranes with well-defined ions transport channels fabricated via solvent-responsive layer-by-layer assembly method for vanadium flow battery. Scientific Reports, 2014. 4: p. 4016. 17. Xu, Wanxing, Huamin Zhang, Feng Xing, et al., The numerical simulation of dynamic performance in the vanadium flow battery. Electrochimica Acta, 2014. 118(0): p. 51-57. 18. Zhang, Hongzhang, Cong Ding, Jingyu Cao, et al., A novel solvent-template method to manufacture nano-scale porous membranes for vanadium flow battery applications. Journal of Materials Chemistry A, 2014. 2(25): p. 9524-9531. 19. Wang, MR (Wang, Meiri), Zhang, HZ (Zhang, Hongzhang), Wang, Q (Wang, Qian),Qu, C(Qu, Chao), Li, XF (Li, Xianfeng), Zhang, HM (Zhang, Huamin), Steam-Etched Spherical Carbon/Sulfur Composite with HighSulfur Capacity and Long Cycle Life for Li/S Battery Application. ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES, 2015. 7(6): p. 3590-3599. 20. Yan, Na, Xiaofei Yang, Wei Zhou, et al., Fabrication of a nano-Li+-channel interlayer for high performance Li-S battery application. RSC Advances, 2015. 5(33): p. 26273-26280. |
28楼2015-06-12 10:10:39
2楼2015-06-07 02:04:31
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changjuan8814楼
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yanlin52152115楼
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dudubaobao16楼
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yuwendie29楼
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cuiguoyi40楼
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2015-08-04 11:20
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gnauhz47楼
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踏雪无痕40748楼
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明日明月当空50楼
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