体积比能量

发布者:admin 发布时间:2019-10-28 14:33 浏览次数:

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  电池的能量与其体积之比。也称为“体积能量密度”。体积比能量通常用瓦时每升(W·h/L)来表示。

  作为使用最广泛的二次电池,锂离子电池具有很高的能量密度。锡、硅等非碳材料有望取代商用石墨作为新一代负极材料,大幅提高锂离子电池的质量能量密度,但其巨大的体积膨胀严重限制了其体积性能优势的发挥。碳纳米材料构建的碳笼结构被认为是解决非碳负极材料嵌锂时巨大体积膨胀问题的主要手段;但在碳缓冲网络的构建过程中,常常引入过多的预留空间,导致电极材料的密度大幅降低,限制了锂离子电池负极体积性能的发挥。因此对碳笼结构的精确定制,不仅是重要的学术难题,也是新型高性能负极材料产业化的必由之路。

  国家杰出青年科学基金获得者、天津大学化工学院杨全红教授研究团队提出“硫模板法”,通过对高体积能量密度锂离子电池负极材料的设计,最终完成石墨烯对活性颗粒包裹的“量体裁衣”,使锂离子电池变得“更小”成为可能。他们在采用毛细蒸发技术构建致密石墨烯网络的过程中,引入硫作为一种可流动的体积模板,为非碳活性颗粒完成了石墨烯碳外衣的定制。通过调制硫模板使用量,可以精确调控三维石墨烯碳笼结构,实现对非碳活性颗粒大小“合身”的包覆,从而在有效缓冲非碳活性颗粒嵌锂巨大体积膨胀的基础上,作为锂离子电池负极表现出优异的体积性能。

  电化学比能量密度是描述电池活性物质通过电池反应所能放出电能的能力,一般用单位重量的Ah或者mAh表示。但实际上对电池来说,也包括了电池壳、隔膜、电解液等非活性材料的重量。这样比能量密度的数值会打折扣。当不同材料的电池比较的时候还要考虑电池电压,电流乘电压才是能量。

  比功率密度是描述电池在瞬间能放出较大能量的能力。比如说,一个电池的比能量不太高,但可以在短时间内放出较大能量,那么这个电池的比功率密度就大。在某些用途中需要这样的电池,例如混合动力车在启动加速的时候,超级电容器的比功率较大,但比能量密度不大。

  电池的能量与其重量之比。又称为“质量能量密度”。注:重量比能量通常用瓦时每千克(W·h/kg)来表示。

  黄可龙, 王兆翔, 刘素琴. 锂离子电池原理与关键技术[M]. 化学工业出版社, 2008.


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