新能源汽车新技术

近几年,随着新能源汽车产业的发展,车企为了应对新能源汽车补贴政策的退坡,已经逐步开始布局产业链整合项目,尤其是在电池、电机、电控这三大新能源汽车配件领域,进行“三电合一”升级及动力总成整合升级。让我们一起来看一下新能源汽车新技术的成果。

Adv. Energy Mater. : 石墨化炭纳米笼作为具有高循环稳定性和高倍率性能的钾离子电池负极材料

设计具有层状结构、高稳定性的高石墨化度炭材料,以缓冲其在储钾过程中的大层间变化成为石墨材料应用于钾离子电池面临的主要挑战。

据悉,传统内燃机动力总成由发动机、变速器等组成,在新能源汽车领域,动力总成则分为“电池、电机、电控”三个核心科技,也可以视为上文我们提到的“三电技术”。根据业内人士透露,“三电合一”技术能使整个产品研发成本最高降低三分之二。目前,有在该技术上全面布局研发车企的主要有比亚迪、上汽新能源、北汽新能源、爱驰汽车等。

新能源汽车在技术、品牌上的角逐已然展开。面对新能源汽车市场存在结构性的产能过剩现象,高品质的产品和一些依赖补贴生存的高成本、低品质产品,将在市场竞争加速优胜劣汰。

【引言】

迄今为止,虽然基于合金化反应的材料、过渡金属氧化物/硫化物以及MXene基材料作为钾离子电池(PIB)负极材料的研究均有报道,但炭材料被认为是最有希望进行大规模实际应用的负极材料。石墨材料用作PIB负极时具有优越的电化学活性,这是因为钾离子可通过插层反应与石墨形成插层化合物,当形成一阶插层化合物KC8时可具有279 mAh·g-1的理论比容量。然而,石墨类材料在储钾过程中会发生较大的层间变化(形成KC8时层间距增加60%),进而会使石墨发生严重的结构退化并引发循环性能的快速衰减。因此,设计具有层状结构、高稳定性的高石墨化度炭材料,以缓冲其在储钾过程中的大层间变化成为石墨材料应用于钾离子电池面临的主要挑战。

【成果简介】

近日,北京化工大学宋怀河教授、徐斌教授、伍伦贡大学郭再萍教授(共同通讯作者)等将高石墨化度的炭纳米笼(CNC)用作PIB的负极,具有优异的循环稳定性,35 C时脱钾容量可达到175 mAh·g-1,该成果以 “Graphitic Carbon Nanocage as a Stable and High Power Anode for Potassium-Ion Batteries”为题发表在Adv. Energy Mater.。该论文揭示了具有非开放型层状结构的石墨化炭纳米笼具有高结构稳定性的优势和电化学特点,为钾离子电池炭负极材料的结构设计提供了新思路;论文还通过分析不同扫描速率下的循环伏安曲线,揭示了CNC因具有高比表面而引发的双电层电容型储钾对电池倍率性能的提升机制。

综上所述,CNC优异的循环性能和高倍率脱钾性能应归功于炭纳米笼独特的结构及其多元的储钾机理。首先,由于碳层呈同心型排列,笼状结构可有效降低各向异性度从而避免碳层间的滑移进而维持层状结构的完整性。此外,空心结构也有利于缓冲K+在插层/脱插层过程中的应力以保证结构的完整性。因此,具有高结构稳定性的笼状结构是保证电化学反应能稳定进行的基础。其次,CNC的超薄碳壳层可以有效地减少K+在固相中的扩散距离,而CNC的互连结构又构筑起一个3D导电网络,便于电子进行快速转移,从而使CNC具有优异的倍率性能。最后,CNC的高石墨化程度是确保其具有低而稳定的储K+电势的基础,这有利于在钾离子全电池中实现较高的工作电压。在未来的研究中,应进一步调控电容储钾和插层反应储钾之间的比例,以实现能量密度和功率密度之间的优化。

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