Advanced Sustainable Systems:用于可充电海水电池的棱柱电池的开发

原创署名:潘奕辰

由于钠源原材料成本低廉,钠离子基电化学系统在储能系统方面的关注度正快速提高。在钠离子电池中,可充电海水电池(SWB)使用海水作为阴极液,具有显著的成本效益。此外,SWB还具有出色的热管理、经济可行性和热稳定性,被认为可代替锂离子电池用于因异常条件而遭受热失控的大型储能系统。在SWB的工作原理中,阳极发生还原过程,在充电过程中钠离子从海水中储存,放电过程中阳极的钠离子转移到阴极。在阴极部分,环境氧气用于充放电过程中的氧气反应,在热力学上优于次氯酸盐的形成反应。随着海水电池概念的出现,研究者对电池材料和可能的反应过程进行了大量研究。然而,尽管在主要电池组件的开发方面取得了很大进展,但迄今为止开发的SWB仍难以与具有多功能设计和卓越电化学性能的商业化锂离子电池相比。除了材料问题,SWB电池设计开发能达到的理论能量密度也存在挑战。

近日,韩国国立蔚山科学技术院Wang-Geun LeeYoungsik Kim团队采用刚性框架实现了新型的棱柱电池设计,并将其应用于SWB,提高了其能量和功率密度。

在这项工作中,作者提出并证明了棱柱型SWB电池平台的概念。在同样采用钠超离子导体(NASICON)的情况下,由于采用具有刚性框架的新型棱柱电池和阴极集电器的设计,实现了均匀的电流分布和电压效率增加,使得SWB的电池性能得到了提高。该结构中的大型单片NASICON提高了活性材料的能力和比面积 (45.8%) ,棱柱形单元电池表现出8.5 Ah、23 Wh (242 Wh L-1 )的性能。此外,根据不同的阴极集电器设计,棱柱形电池可以制造为分立型和整体型。由于阴极集电器的表面积增加,分立型棱柱形电池的峰值功率更高,达到1162 mW (5.8 mW cm –2)。然而,实验表明棱柱电池具有较差的长期循环寿命和能源效率。作者在文末指出:需要进一步研究对棱柱电池和阴极集电器的活性材料进行研究,以优化电池的内部结构与空间。

文章信息:

Development of Prismatic Cells for Rechargeable Seawater Batteries

Youngjin Kim, Kwangho Shin, Youngjae Jung, Wang-Geun Lee*, Youngsik Kim*

Advanced Sustainable Systems

10.1002/adsu.202100484

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adsu.202100484