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电池知识

引入氮化铟纳米线能有效地抑制锂-硫电池“穿梭效应,国内出台对新能源汽车的回收政策有哪些?

来源:未知    2019-04-06 21:49    点击量:

南开大学牛志强、王一菁研究员联合清华大学张强教授通过隔膜改性,将氮化铟纳米线引入到锂-硫电池中,双功能的氮化铟性隔膜犹如“竖起”的高墙,有效地抑制锂硫电池“穿梭效应”,实现了电池循环寿命显著提升。相关成果已在12月的《美国化学学会·纳米材料》上发表。

 

锂离子电池已经得到广泛的应用。然而现行锂离子电池的能量密度依然不足以满足许多应用需求,而锂-硫电池由于具有极高的理论比容量,并且硫含量丰富,价格低廉而备受关注。但锂-硫电池在其在电化学过程中,在硫正极和锂负极之间溶解的多硫化物引起的“穿梭效应”及其动力学转化缓慢严重降低了活性硫的利用率,从而导致容量的快速衰,大大降低了锂-硫电池的使用寿命。

 

“所谓‘穿梭效应’,指的是在充放电过程中,正极产生的多硫化物中间体溶解到电解液中,并穿过隔膜,向负极扩散,与负极的金属锂直接发生反应,最终造成了电池中有效物质的不可逆损失、电池寿命的衰减、低的库伦效率。”牛志强介绍,目前,人们已经采取各种方法去改善上述问题,其中最普遍的策略是采用具有高比表面积的纳米结构碳材料,通过物理限制作用进行多硫化锂的捕获;或是使用极性材料通过化学相互作用进行多硫化锂的捕获。

 

尽管如此,但碳的非极性通常导致循环性能不佳,极性材料的低电导率导致硫的利用率低,倍率性能差。因此有必要开发一种简单但可以显著提高硫正极的循环性能,同时保持良好倍率性能的有效材料制备方法,这对于实现长循环寿命的锂硫电池来说是十分重要的。“氮化铟的铟阳离子和富电子氮原子通过强的化学键合作用捕获生成的多硫化物;同时,氮化铟表面的快速电子转移提高了多硫化物的动力学转化过程,这样,双功能的氮化铟改性隔膜犹如一道墙,可有效地抑制锂硫电池中的‘穿梭效应’。”牛志强介绍,具有氮化铟改性隔膜的锂-硫电池表现出优异的倍率性能和循环性能,在1000次循环后每个循环的容量衰减仅有0.015%,该研究为下一步开发高稳定性锂-硫电池奠定了基础。目前我国新能源汽车和燃油车一样,并没有回收政策,如果车辆报废了,将像燃油车一样,由汽车报废企业按规定对新能源汽车的车体予以拆解,回收利用,并支付给消费者相应的汽车报废补贴。不过,新能源汽车真正回收的是车上的动力电池,因为电池里面是有很多化学物质与金属成分的,如果处理不当,将会对环境造成不可预料的破坏,这有悖于国家发展新能源汽车的初衷。所以国家对新能源汽车动力电池的回收,还有单独出台相关的规定。


在2018年8月1日,工信部、科技部、环境保护部、交通运输部、商务部、质检总局、能源局联合制定的《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》正式实施。《办法》中明确规定电池生产厂商必须按规定给动力电池制定编码信息,并在网上填报,实现网上管理。同时明确车企是动力电池回收的主体,要通过4S等网点落实淘汰动力电池的回收责任。4S回收后,运回车企,对电池性能进行检测后,根据电池状况确定到底是进行梯次利用还是再生利用,并移交给相关电池回收利用企业。一般来说,电池回收的企业会对衰减率在20%-40%之间的动力电池再进一步检测、将电芯分解后,再进行梯次利用,即将它的电芯重新包装,制作成新的电池,供储能电站、充电宝、应急灯等对储电量要求并不是非常高的物品继续使用,以免浪费。企业会根据不同的电池,通过不同的方法,如利用化学反应置换出里面的金属锂、锰、钴等,再通过沉淀、吸附等方式从溶液里提取出来,又转卖给电池生产厂商制造新电池。

其实早在2018年,动力电池就迎来了报废小高峰,到2020年报废的动力电池将会形成百亿级的回收市场规模,报废量将会超过24万吨,为此,越来越多的企业及资本已经开始在动力电池回收的市场布局了。

总结下来的话,新能源汽车回收等同于回收新能源汽车的动力电池。同时,汽车企业、电池企业应积极通过与参股第三方电池回收企业合作布局该领域,共同来推进新能源汽车动力电池的后期处理工作,以便整个新能源汽车的市场能形成一个环保的大循环。

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