电化学储能

• 填料调控锂电池PVDF-HFP基复合电解质性能研究进展

  武紫菲;赵梦龙;李梦思;阳嘉祺;刘金平;

  聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）凭借其高介电常数和优异的热稳定性，在锂电池固态电解质领域展现出广阔的应用前景，但存在机械强度低、与高电压正极兼容性差以及离子电导率低等问题。引入填料制备PVDF-HFP基复合电解质，可以增强电解质的机械性能，并通过与聚合物基体和锂盐的相互作用，提高电解质的电化学稳定性并优化离子传输。简要介绍了锂电池PVDF-HFP基复合电解质的离子传输机理及填料类型，系统阐述了填料在抑制锂枝晶生长、提高电化学稳定性和离子电导率方面的作用效果与研究进展，并总结当前面临的挑战和不足，展望了未来研究的发展方向，旨在为固态锂电池的性能提升及其应用提供参考。

  2025年03期 v.71;No.331 313-326页 [查看摘要][在线阅读][下载 2531K]
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• 钾离子电池生物质衍生碳材料负极研究进展

  范红红;李梦怡;方永进;

  生物质衍生碳材料因工作电压低、循环稳定性好、来源广泛且环境友好等优点，被用作钾离子电池（KIBs）负极材料。然而，钾离子在碳材料中嵌入/脱嵌动力学过程迟缓以及电极材料的初始库仑效率低等问题，阻碍了其在大规模储能领域的实际应用。本文总结了生物质衍生碳材料负极在KIBs中的应用，梳理了生物质衍生碳材料的前驱体分类、制备方法及储钾机制，从结构改性、杂原子掺杂和复合材料设计三个方面详细分析了其用于KIBs负极材料的电化学性能优化策略，并展望了该领域未来的发展趋势。

  2025年03期 v.71;No.331 327-337页 [查看摘要][在线阅读][下载 1701K]
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• 三水合乙酸钠-尿素水系深共晶电解质在超级电容器中的应用

  刘珏妙;童家胜;耿孟资;李尚宇;彭创;

  深共晶溶剂是一类由氢键供体和氢键受体构成的新型绿色试剂。将三水合乙酸钠-尿素共晶溶剂（SU）作为钠离子储能电解质，通过调整水的加入量，得到具有优异的电化学性能的超级电容器。在兼具高离子电导率（31.89 mS/cm）和低黏度（4.88 mPa·s）的SU-7电解液中，该超级电容器获得高达2.1 V的稳定工作电压窗口、低自放电率（32.79%的电压保持率）、优越的倍率性能（1～5 A/g，比电容保持率64.24%，能量密度保持率49.74%）以及超过20 000次循环的长期稳定性。该研究推进了以SU为代表的绿色水系深共晶电解质在高性能超级电容器中的应用。

  2025年03期 v.71;No.331 338-346页 [查看摘要][在线阅读][下载 3331K]
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• 聚苯胺与多孔碳复合柔性电极的制备及其电容性能

  吴欣;姚文高;詹婷婷;余奥;王政洋;何雄鹰;秦志怡;李曦;段俊新;

  采用恒电势电沉积法在碳布（CC）上原位电沉积聚苯胺/多孔碳（PANI/PC），得到PANI/PC@CC复合柔性电极，系统探讨了制备条件对PANI/PC@CC结构及其电容性能的影响。结果表明，多孔碳的引入显著增强了PANI/PC@CC的倍率性能和循环稳定性，同时PANI/PC@CC具有良好的柔韧性。最佳条件下制备的PANI/PC@CC在电流密度1 mA/cm~2时的比电容高达3 042.8 mF/cm~2,20 mA/cm~2时的倍率性能达到88.0%,15 mA/cm~2时2 000次充放电循环后的电容保持率达到97.6%，表明其具有良好的电容性能。由PANI/PC@CC组装的柔性对称超级电容器也展示出优异的电化学性能和柔韧性。

  2025年03期 v.71;No.331 347-354页 [查看摘要][在线阅读][下载 2556K]
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• 锂一次电池用高容量铬钒氧化物复合正极材料的制备及其电化学性能

  杨睿;孙梦婷;齐宇阳;吴际良;孟庆飞;方永进;曹余良;

  Cr_8O_(21)具有较高的理论容量，是高比能量锂一次电池的理想正极材料。通过高温热解法制备了Cr_8O_(21)/V_2O_5复合材料，前驱体CrO_3中V_2O_5比例为15%、热解温度300℃条件下制备的铬钒氧化物复合材料Cr_8O_(21)@15%V_2O_5-300性能最优，在0.1 C倍率时放电容量达到389.17 mAh/g，比Cr_8O_(21)提升了10.7%。阻抗结果显示，V_2O_5的加入降低了复合材料的电荷转移阻抗，有效提升了材料的导电性。复合材料的形貌和物相结构结果表明，V_2O_5的加入未影响Cr_8O_(21)的晶体结构，但改变了材料的形貌，使材料粒径减小，颗粒更均匀，有效提升材料的电化学性能。

  2025年03期 v.71;No.331 355-360页 [查看摘要][在线阅读][下载 1374K]
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• 非整比Na₂SO₄-xFeSO₄/C复合材料的合成及储钠性质

  韩利晓;曾锦湘;方永进;

  铁基硫酸盐具有成本低、工作电压高的特点，是一类极具应用前景的钠离子电池正极材料，但其合成通常涉及高温固相反应，能耗较高。采用机械球磨法制备了一系列低结晶度Na_2SO_4-xFeSO_4/C复合材料，探索了不同组成（x=1.3,1.4,1.5,2.0）对材料结构和电化学性能的影响。结果表明，Na_2SO_4-1.4FeSO_4/C展现出优异的倍率性能和出色的循环稳定性，其首周可逆比容量为100.3 mAh/g，接近高温固相法制备材料的比容量，在500 mA/g电流密度下循环1 000次后的容量保持率为93.5%。实验表征及电化学测试表明，低结晶度Na_2SO_4-1.4FeSO_4/C具有较高的钠离子扩散速率和赝电容贡献率。该研究通过简单的机械化学合成法制备非整比铁基硫酸盐材料，为钠离子电池正极材料的设计和合成提供了一种环境友好的新方法。

  2025年03期 v.71;No.331 361-367页 [查看摘要][在线阅读][下载 2286K]
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• 用于高压钠金属电池的阻燃全氟电解液

  冯意虎;孙帅;李圆梦;刘梦婷;王鹏飞;

  高能量密度、长循环寿命和安全性是影响钠金属电池规模化应用的关键因素。针对传统电解液含易燃碳酸酯类溶剂和不稳定的问题，设计了一种具有阻燃特性的全氟电解液，由1 mol/L NaPF_6溶解于氟代碳酸乙烯酯、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚和甲基三氟乙基碳酸酯（体积比1∶1∶1）的混合溶剂中配制。由于氟化溶剂优异的氧化稳定性和较弱的溶剂化能力，该电解液展现出高于4.4 V的宽电化学窗口，并能促进阴离子参与成膜，在正极表面构造致密的氟化电极/电解液界面，从而在高电压下有效稳定电极。使用这一电解液的层状氧化物正极在1 C条件下循环300圈后仍保持73.7%的比容量。该电解液在改善电池安全性的同时还提高了钠金属电池的循环稳定性。

  2025年03期 v.71;No.331 368-376页 [查看摘要][在线阅读][下载 2030K]
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• 基于深共晶电解液的Zn-CuI电池的制备及应用

  叶子涵;陈泽军;李士震;彭创;

  锌-碘电池以其原材料成本低的优势成为一种有潜力的新型电池体系，如何提升电池的能量密度是提高该电池体系竞争力的关键。采用CuI正极以及由低成本三乙胺盐酸盐和ZnSO_4·7H_2O制备的深共晶（deep eutectic solvent, DES）电解液组装Zn-CuI电池，考察其电化学性能。研究结果表明，CuI在该电解液体系中的放电产物为Cu与I~-，满充电产物为Cu~(2+)与I~+，表现出四电子转移的电极反应，显著提高了放电容量。组装的Zn-CuI全电池在0.2 A/g电流密度下表现出高放电电压（1.7 V）和高放电比容量（518.1 mAh/g），在3.0 A/g电流密度下初始放电比容量为299.3 mAh/g,200周循环后仍保持210.1mAh/g，容量保持率为70.2%。

  2025年03期 v.71;No.331 377-384页 [查看摘要][在线阅读][下载 1828K]
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• 基于IEA-T和CNN-BiLSTM-SimAM的锂离子电池健康状态估计

  张朝龙;刘梦玲;张俣峰;陈阳;华国庆;谢敏;江乐阳;

  为提升锂离子电池健康状态（SOH）估计的准确性，克服现有估计方法无法全面刻画电池衰退细节的局限，提出一种融合距离交并比损失函数（DIoUloss）与无参注意力机制（SimAM）的多特征卷积神经网络-双向长短期记忆网络（CNNBiLSTM）的锂电池SOH估计方法。该方法将锂离子电池增量能量面积（IEA）和充电时长（T）组成IEA-T特征用于电池SOH的估计，将DIoUloss函数和SimAM机制融合于CNN-BiLSTM模型，建立CNN-BiLSTM-SimAM锂离子电池SOH估计模型。对锂离子电池的循环老化实验进行测试，相比起GRU、SVR、CNN-LSTM和CNN-BiLSTM等方法，本文提出的方法能更有效地表征电池健康的衰退细节，决定系数高于0.96，均方根误差低于0.020，表现出良好的准确性和效率。

  2025年03期 v.71;No.331 385-394页 [查看摘要][在线阅读][下载 2741K]
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• 基于多智能体强化学习的电池一致性充放电控制策略

  李民;周博宇;蒋雷雷;邱天;陈瑾;

  锂离子电池作为电动汽车的核心动力源，具有高能量密度、长寿命循环和环保等优异性能，但由于电池单体间普遍存在的不一致性，使电池组整体性能下降、寿命缩短，甚至引发安全事故。为解决多阶段复杂充放电工况下电池组的一致性控制问题，提出一种基于多智能体强化学习（multi-agent reinforcement learning, MARL）的一致性充放电控制策略：构建电池二阶RC等效电路模型，模拟电池组荷电状态（state of charge, SOC）的变化，为智能体与环境的交互提供更真实的动态行为模型；对一致性控制问题进行强化学习建模，将智能体与电池单体对应，确定目标函数与奖励函数，构建电池组一致性控制多智能体强化学习MARL模型；采用近端策略优化算法（PPO）对MARL模型进行优化，得到最优的一致性充放电策略。仿真实验结果表明，在包含32个电池单体的6阶段充放电工况下，该策略能在35 min内将SOC一致性误差抑制在1%以内，实现了复杂工况下的精确、高效一致性控制。

  2025年03期 v.71;No.331 395-403页 [查看摘要][在线阅读][下载 1967K]
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电能-物质转换

• 强阳极氧化法制备高性能316不锈钢基碱性电解水析氧催化剂

  刘宇辰;赵凯;姜小艺;唐彪;晏宁;

  采用提高电解液浓度和温度的强阳极氧化方法对316型不锈钢材料进行处理，研究了处理后样品的表面形貌、结构的演变以及电催化氧析出反应（oxygen evolution reaction,OER）性能的变化。结构表征表明，强阳极氧化法处理使316型不锈钢的表面形貌由光滑平整变为粗糙起伏结构，表面元素组成中Ni的含量提升，使得具有高OER活性的NiFeOOH含量增加，提升了316型不锈钢的OER催化性能。电化学测试结果显示，在10 mA/cm~2的电流密度下，该材料的过电势仅为320 mV，并能够在500 mA/cm~2的电流密度下以2.15 V的工作电压持续运行300 h。此外，所制备的催化剂还具备良好的可再生能力，失活的不锈钢催化剂经过再次强阳极氧化处理即可恢复活性。该方法操作简便，所制备的不锈钢OER催化剂活性高、稳定性好、可再生，具有良好的工业应用潜力。

  2025年03期 v.71;No.331 404-410页 [查看摘要][在线阅读][下载 1673K]
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• 基于Zn/Zn²⁺介质的电解水电极反应解耦

  唐彪;赵凯;姜小艺;刘宇辰;晏宁;

  将原位生长的NiCo(P_xS_y)/NF双功能催化剂与Zn/Zn~(2+)介质结合，组装成零间隙无膜流动电解池，实现了高纯度（高于99.5%）氢气和氧气的交替产生，且能在高电流密度（100 mA/cm~2）下稳定运行10 h以上。Zn/Zn~(2+)介质能将水解过程解耦，且具有成本优势，NiCo(P_xS_y)/NF具有优异的双功能催化活性，两者共同实现了对氢气析出反应（HER）和氧气析出反应（OER）在过程和时间上的分离。该方法解决了传统工业电解水过程中氢气氧气混合交叉引起爆炸的问题，为解耦电解水电极反应提供了一种切实可行的策略。

  2025年03期 v.71;No.331 411-417页 [查看摘要][在线阅读][下载 1556K]
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• AgBi双金属电催化剂的原位制备及其电催化脱卤性能

  何函霖;刘晓枫;杨骄阳;王斌兰;李曦;段俊新;

  通过氢气泡模板电沉积法，在泡沫镍（NF）原位制备了具有多孔结构的双金属材料Ag-Bi_y/NF，研究了Ag-Bi_y/NF对溴乙酸脱溴的电催化性能。当沉积时间为6 min、沉积电压为10 V、电沉积液中Ag~+与Bi~(3+)的质量比为1∶1时，制备的材料Ag-Bi_1/NF-10-6表现出优异的电催化性能：在电流密度20 mA/cm~2，经过4.5 h的反应，对25 mmol/L溴乙酸的降解率达到100%，且在8次循环实验中性能稳定；对于浓度高达133 mmol/L的溴乙酸，也能在12 h内完全降解，且pH值适应范围宽。该催化剂具有良好的工业应用前景。

  2025年03期 v.71;No.331 418-426页 [查看摘要][在线阅读][下载 2751K]
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• “双碳”目标与绿色发展·电化学能源储存与转换

  曹余良;方永进;

  <正>能源是人类社会发展的基石与动力，人类对能源的需求推动了能源技术的发展与革新。当前，世界能源消费结构正在从化石燃料向绿色、清洁、可持续能源转变。电化学能源储存与转换是驱动能源高效转换与稳定存储的关键技术。本专辑邀请国内电化学能源储存与转换研究领域的专家学者，聚焦该领域前沿研究和创新成果，撰写相关论文，并从中精选了13篇论文，从电化学储能和电能-物质转换两个方面对材料制备、电化学性能、机理方面进行概述和展望。

  2025年03期 v.71;No.331 309-310页 [查看摘要][在线阅读][下载 521K]
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