Аккумуляторы ni zn: ROBITON 1000NZAAA-2 Ni-Zn AAA 1000мВтч, 550мАч BL2, Аккумулятор

Содержание

Никель-цинковый аккумулятор — RC wiki

Ni-Zn аккумуляторы способны обеспечить более высокое рабочее напряжение, чем никель-металлогидридные аккумуляторы. Это значит, что фонарик, работающий от такого аккумулятора, будет светить ярче, но это может привести к сокращению срока службы лампы.

Никель-цинковый аккумулятор был изобретен Эдиссоном более 100 лет назад, но только в последнее время промышленностью освоен выпуск аккумуляторов пригодных для бытового использования. Форма-факторы таких аккумуляторов обычно ограничены типоразмерами: AA, AAA, C, D, SC. Разрядная характеристика напоминает работу никель-кадмиевых аккумуляторов, с той лишь разницей, что рабочее напряжение у NiZn — 1,6 Вольт (против 1,2 Вольт у NiCd и NiMH). Вот здесь они и могут послужить там, где требуется повышенное напряжение питания.

  • У никель-цинкового аккумулятора отсутствует два главных недостатка традиционных аккумуляторов — эффект памяти и ядовитость для окружающей среды. Поэтому в мире постепенно сворачивается производство никель-кадмиевых аккумуляторов в пользу никель-цинковых.
  • Еще стоит добавить, что у никель-цинковых аккумуляторов очень маленькое внутреннее сопротивление (единицы миллиOм), что обеспечивает нам возможность получить очень большие зарядные и разрядные токи, по этому параметру NiZn вполне может конкурировать даже со свинцовыми аккумуляторами при на 75% меньшем удельном весе на ватт запасаемой энергии.
  • NiZn аккумуляторы имеют более низкую скорость разряда по сравнению с NiMH. Если Вы используете устройство-индиктатор оставшегося заряда аккумуляторов, то из-за высокого напряжение NiZn оно может работать некорректно, выдавая полную или почти полную зарядку, хотя на самом деле аккумулятор может быть уже разряжен.

Полностью зарядить такой аккумулятор можно за 2 часа, и это его штатный режим заряда! Только вот NiZn не любят (вообще не переносят) дозарядки, их надо зарядить до порогового напряжения в 1,8 Вольт, а потом ждать, пока опять напряжение не упадет до номинального 1,6 Вольт, иначе аккумулятор быстро выйдет из строя.

Заряжать можно обычными и интеллектуальными зарядниками, главное контролировать финальное напряжение заряда.

При зарядке этих Ni-Zn аккумуляторов, установите зарядное устройство Ni-CD/Ni-MH в режим с возможностью выбора необходимого постоянного напряжения. Используйте уровень напряжения на 1,9В на каждый аккумулятор.

Если нет такого зарядного устройства, то можно обойтись и обычным зарядником типа Turnigy Accucel-6, используя режим ограничения по ёмкости. В меню настроек (USER SET PROGRAM —>) есть пункт Capacity Cut-Off. Обычно этот пункт выставлен в OFF. Следует изменить на ON и выставить значение 1500mAh. В режиме зарядки никель-металлгидридных (NiMH) или никель-кадмиевых (NiCd) аккумуляторов надо выставлять ток, как рекомендовано производителем — 0,5..1С – это 750-1500мА (миллиампер).

RC-20 Зарядное устройство для Ni-Zn AA/AAA аккумуляторов

Тип: Зарядное устройство для Ni-Zn аккумуляторов AA/AAA

Описание:
Зарядное устройство RC-20 имеет 2 независимых канала зарядки, и оно довольно быстрое, поскольку величина тока в каждом канале составляет 350мА, что позволяет зарядить аккумулятор Ni-Zn AA за 4-5часов, а размера AAA — менее чем за 2 часа.

Совместимость:
Никель-цинковые аккумуляторы (Ni-Zn) с номинальным напряжением 1.5-1.6 Вольта

Комплект поставки:
Зарядное устройство RC-20
Никель-цинковые аккумуляторы 2500мВт*час — 4 шт.

Особенности:
— -deltaV control.
— Таймер автоматического отключения.
— Tемпературный датчик.
— Защита от обратной полярности.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Тип заряжаемых элементовНикель-цинковые аккумуляторы (Ni-Zn) с номинальным напряжением 1. 5-1.6 Вольта
Количество независимых каналов зарядки
2
Напряжение питания100-240 Вольт
Зарядный ток, максимальный, Aна каждый канал 0.35 Ампер

Гарантия: 12 мес.


NKON | 4 AA 1,6V Ansmann NiZn — 1500mAh — Никель-цинковый аккумулятор — Никель металл гидридные

Добавить отзыв

Дополнительная информация

Штриховой код EAN/GTIN: 8438493100624
Бренд: Ansmann
Размер батареи: AA
Химия батареи: NiZN
Батарея: Перезаряжаемая
Номинальное напряжение 1. 6V
Минимальная емкость в мАч:1 500,00 

Доступность: Есть в наличии

12,25 €

Добавить в корзину

IC99 — зарядное устройство для Ni-Cd, Ni-Mh, Ni-Zn, Li-ion (4,2/4,35V) и LiFePO4 аккумуляторов

IC99

АйСи 99

Данное устройство позволяет независимо друг от друга заряжать, разряжать, тестировать, восстанавливать и определять внутреннее сопротивление от одного до четырех  Ni-Cd, Ni-Mh, Ni-Zn, Li-ion (4,2/4,35V) и LiFePO4 аккумуляторов формата AA, AAA, C, 26650, 22650, 21700, 20700, 18650, 18500, 18350, 17670, 17500, 17335, 14500, 16340, 10440 и др.

Особенности:

  1. Регулируемый ток заряда/разряда:
  • заряд: 100-2000mA с шагом 100mA
  • разряд: 100-1000mA с шагом 100mA
  1. 4 независимых канала для заряда аккумуляторов разного типоразмера и химии
  2. Поддержка Li-ion 4.2 / 4.35V (IMR/INR/ICR) аккумуляторов
  3. Поддержка LiFePO4 аккумуляторов
  4. Поддержка Ni-Mh и Ni-Cd аккумуляторов
  5. Поддержка Ni-Zn аккумуляторов
  6. LCD дисплей с возможностью отключения подсветки
  7. Отображение на LCD дисплее информации о времени зарядки(h), токе заряда(mA), емкости(mAh), напряжении(V) и внутреннем сопротивлении(mΩ)  аккумулятора
  8. Автоматическое определение процесса окончания заряда по падению напряжения (-dV) для Ni-Cd / Ni-Mh аккумуляторов
  9. Способ зарядки для Li-ion батарей: заряд постоянным током (CC) и постоянным напряжением (CV), данный метод заряда рекомендуемый и наиболее скоростной, сохраняет ресурс аккумуляторов и не уменьшает их емкость со временем.
  10. Возможность задавать различные режимы как для четырех аккумуляторов одновременно, так и для каждого в отдельности
  11. Тестирование внутреннего сопротивления аккумуляторов
  12. Режим «восстановление» для активизации старых или  долго хранящихся аккумуляторов
  13. Режим «тест» для определения реальной емкости аккумулятора
  14. Режим «хранение» для заряда аккумуляторов до определенного напряжения, предназначенного для хранения аккумуляторов
  15. Контроль температуры аккумуляторов и платы зарядного устройства с автоматическим включением кулера в случае перегрева
  16. USB выход  для заряда мобильных устройств от двух Li-Ion аккумуляторов (установленных в 3 и 4 слоты)
  17.  Дополнительный USB-выход для мониторинга работы зарядного устройства с помощью программного обеспечения на персональном компьютере
  18. В устройстве предусмотрены настройки:
  • изменение минимального и максимального напряжения заряда/разряда
  • возможность включения и отключения последующего заряда в режиме «разряд»
  • использование подсветки в режиме индикатора окончания работы устройства
  • настройка окончания заряда по ДельтаV или по установленному напряжению
  • установка различных токов заряда и разряда по умолчанию в режимах «тест» и «восстановление»
  • изменение количества циклов заряд-разряд в режиме «восстановление»

Режимы работы зарядного устройства
Режим ЗАРЯД (CHARGE): 
Аккумулятор заряжается до максимума своей ёмкости. Заряд током в 500mA — режим по умолчанию для данного зарядного устройства. Тем не менее, в первые 6сек Вы можете выбрать клавишей CURRENT ток заряда от 100 до 2000mA. Если выбора не происходит, автоматически начинается заряд током в 500 mA. Следует учитывать, что перед выходом на рабочий режим, устройство на 3мин уменьшает ток до 200mA и анализирует состояние аккумулятора, после чего устанавливает максимально возможный ток заряда (но не более установленного пользователем). Когда на дисплее появится надпись «Full», процесс зарядки закончен. Периодически нажимая кнопку DISPLAY можно вывести на экран интересующие Вас параметры заряда аккумуляторов. 
Во время зарядки можно выбрать режим отображения информации на дисплее клавишей DISPLAY:

  • ток заряда (mA) 
  • напряжение (V) 
  • время заряда (h) 
  • накопленная емкость (mAh)
  • внутреннее сопротивление (mΩ)

Установка типа заряжаемого аккумулятора:
Устройство способно автоматически определить тип Li-ion или Ni-Mh/Ni-Cd аккумулятора. Для заряда LiFePO4 и Li-ion 4.35V аккумуляторов необходимо вручную выбрать нужный тип батарей. Для этого нажмите и удерживайте кнопку MODE более 6сек до появления на дисплее надписи SEt. Поочередно нажимая кнопку SLOT выберите необходимое значение: 
LiF  3.20 — для заряда LiFePO4 аккумуляторов с конечным напряжением 3,6в
Li 3.70 — для заряда обычных Li-ion аккумуляторов с конечным напряжением 4,2в
Li 3.80v — для заряда Li-ion аккумуляторов с конечным напряжением 4,35в
Для выхода из данного режима нажмите кнопку MODE или подождите автоматического выхода через 5 сек. При необходимости пользователь может вручную выставить пороговое напряжение заряда и разряда Li-ion аккумулятора для каждого слота в меню настроек.
Заряд Ni-Zn батарей: напряжение окончания заряда Ni-Zn батареи 1.9в (по умолчанию), а конечное напряжение разряда 1.2В (по умолчанию 0.9в). Для работы с Ni-Zn аккумуляторами нажмите и удерживайте кнопку SLOT до появления мигающей надписи 4. 20. Далее нажимайте кнопку DISPLAY до до появления надписи 1.90. 
Данное значение обозначает максимальное напряжение заряда Ni-Zn аккумуляторов. Оно установлено по умолчанию, его изменять не надо. Нажатие кнопки MODE переключит показания на минимальное напряжение при разряде аккумуляторов. По умолчанию 0.9в, для разряда Ni-Zn аккумуляторов его необходимо установить на 1,2в. Для этого кнопкой SLOT выберите необходимый слот(либо все 4 слота) и нажатием кнопки CURRENT выставите 1,2в (долгое нажатие кнопки CURRENT ускорит выбор требуемого значения). После выполнения операции, описанной выше, можно заряжать и разряжать Ni-Zn аккумуляторы.
Режим РАЗРЯД (DISCHARGE): 
Если Вы выбираете режим DISCHARGE, то установленные в отсеки аккумуляторы полностью разряжаются (возможно включение последующего заряда в меню настроек устройства).  Этот режим предназначен для устранения «эффекта памяти», а так же определения остаточной емкости аккумуляторов. Режим DISCHARGE может быть выбран нажатием клавиши MODE в течение 3-х секунд после установки аккумуляторов.  
Пользователь может выбрать токи разряда:

  • для Ni-Cd / Ni-Mh аккумуляторов от 100 до 1000mA
  • для Li-ion аккумуляторов от 200 до 1000mA 

Режим ВОССТАНОВЛЕНИЕ (REFRESH): 
Ni-Cd, Ni-Mh аккумуляторы разряжаются и заряжаются несколько раз для оптимизации максимальной ёмкости. Старые аккумуляторы или аккумуляторы, которые долгое время не использовались, могут быть восстановлены до своей номинальной  ёмкости. В меню настроек пользователь может задать произвольное количество циклов заряд-разряд 
(от 2 до 255). Li-ion аккумуляторы, независимо от настроек меню, проходят только два цикла заряд-разряд. После завершения режима REFRESH дисплей будет отображать надпись Full.
Режим ТЕСТ (TEST): 
В данном режиме можно проверить и оценить реальную емкость аккумуляторов. 
Зарядное устройство сначала полностью заряжает аккумуляторы, потом полностью разряжает и заряжает снова. В результате, реальная ёмкость аккумуляторов будет оценена и показана по окончании процесса разряда.
Примечание. После завершения режима ТЕСТ дисплей попеременно будет отображать надпись «Full» и реальную емкость аккумулятора. Нажатием клавиши DISPLAY можно переключать режим отображения информации на дисплее.
Режим ТЕСТ СОПРОТИВЛЕНИЯ (IMPEDANCE TEST): 
Зарядное устройство анализирует динамическое внутреннее сопротивление аккумулятора, применяя ток нагрузки. После 10сек испытания аккумулятора сопротивление будет отображаться в единицах mOm. Для хорошего качества аккумулятора, внутреннее сопротивление является очень низким: в диапазоне 20 ~ 80mOm. Если внутреннее сопротивление аккумулятора составляет более 500mOm, то эти аккумуляторы не могут использоваться для зарядки.  Помните, что поскольку внутреннее сопротивление рабочего аккумулятора может быть очень маленьким, то сопротивление контактов может быть основным фактором, влияющим на испытание аккумуляторов. Таким образом, один и тот же  аккумулятор, испытанный в разных слотах может показывать значения отличные на 10% — 20%. 
Режим ХРАНЕНИЯ (STOR):
Данный режим необходим для подготовки аккумуляторов к длительному хранению. Нажатием кнопки MODE переключайте режимы работы до появления надписи Stor в первом слоте устройства. После появления надписи Stor индикация на дисплее изменится на аналогичную режиму ТЕСТ. Зарядное устройство сначала полностью заряжает аккумуляторы, потом полностью разряжает и заряжает снова до напряжения 3.75v для Li-Ion или 1.35v для Ni-MH аккумуляторов.  
Примечание. Режим STOR недоступен для литий-железо-фосфатных (LiFePO4) аккумуляторов.
Режим USB (POWER BANK):
Установите заряженные Li-ion аккумуляторы в 3 и 4 зарядный слот.
Примечание. USB выход работает при наличии аккумулятора в 4 слоте. Работа в режиме USB возможна только от LI-Ion аккумуляторов.
Подключите мобильное устройство к разъему USB,  автоматически начнется процесс заряда. Двойное нажатие кнопки DISPLAY отключает USB выход, последующее нажатие данной кнопки включает его. Если телефон/планшет не подключен для заряда, зарядное устройство войдёт в режим сна (сохранения энергии) и на дисплее отобразятся символы «iDLE». Чтобы вернуть зарядное устройство в нормальный режим, нажмите кнопку DISPLAY. USB выход  способен выдавать ток до 1А. Присутствует защита, которая не позволит разрядить незащищенные аккумуляторы ниже 3,2В.  Режим USB работает, даже когда зарядное устройство подключено к сети 220в. 
Функция активации сильно разряженных батарей:
Установите сильно разряженный аккумулятор в устройство и удерживайте кнопку CURRENT до тех пор, пока не начнет мигать надпись CHARGE. Запускается режим активации сильно разряженных батарей, процесс длится две минуты, если батарея осталась не активированной, вероятно она повреждена более серьезно и не подвержена восстановлению.


В IC99 предусмотрена регулировка настроек в меню устройства :

  • изменение минимального и максимального напряжения заряда/разряда
  • возможность включения и отключения последующего заряда в режиме «разряд»
  • использование подсветки в режиме индикатора окончания работы устройства
  • настройка окончания заряда по ДельтаV или по установленному напряжению
  • установка различных токов заряда и разряда  по умолчанию в режимах «тест» и «восстановление»
  • изменение количества циклов заряд-разряд в режиме «восстановление»

Зарядное устройство можно подключить к компьютеру с помощью USB кабеля (в комплекте) для мониторинга работы устройства.
В комплекте идет удобная сумка для переноски и хранения устройства и аксессуаров.


Технические параметры:
Вход: 100~240V, 50/60 Hz
Выход: 12V DC,  3A
Диапазон зарядного тока 100 ~ 2000 mA
Диапазон разрядного тока 100 ~ 1000 mA
Макс. зарядная ёмкость   10000mAh
Рабочая температура  от 0 до 40ºС
Вес устройства: 255г
Размер устройства (Д х Ш х В): 153 х 97 х 40мм


Комплектация:
зарядное устройство,
блок питания,
кабель для подключения к ПК,
сумка,
инструкция на русском языке,
гарантийный талон
ГАРАНТИЯ 12 мес.

ПО для подключения устройства к компьютеру можно скачать по ссылке

Обзор химического состава никель-цинка

— ZincFive

High Energy Density — Батарея с высоким разрядом ZincFive предлагает значительно более высокую плотность энергии, чем свинцово-кислотные батареи, и сравнимую плотность энергии с литий-ионными батареями высокой мощности при измерении по любому весу (ватт часов на килограмм) или по объему (ватт-часы на литр).

Superior Power Density — Аккумулятор высокого разряда ZincFive обеспечивает более высокое напряжение в меньшем и легком корпусе, чем другие аккумуляторные батареи.Это уменьшает размер NiZn-аккумулятора до менее чем половины размера типичного свинцово-кислотного аккумулятора.

Более низкая стоимость — По своей сути менее дорогой цинк обеспечивает значительную экономию совокупной стоимости владения по сравнению с другими перезаряжаемыми батареями.

Безопасность — Химический состав NiZn аккумуляторов имеет преимущества с точки зрения экологической и физической безопасности по сравнению со свинцово-кислотными и литий-ионными аккумуляторами. И никель, и цинк легко перерабатываются. Цинковый электрод не содержит свинца, кадмия или ртути и не представляет угрозы для окружающей среды.Батареи NiZn негорючие и отказоустойчивые, поэтому на них не распространяются ограничения на перемещение, налагаемые на литий-ионные продукты. NiZn аккумуляторы рекомендуются в приложениях, где важна физическая безопасность.

Скорость заряда / разряда — Химический состав NiZn батареи отличается высокой скоростью разряда при сохранении термической стабильности, а также способен к быстрой подзарядке, что является ключевым преимуществом для многих приложений, включая бесперебойную и движущую силу, где требуется высокая степень заряда.

Срок службы в цикле — NiZn-аккумулятор ZincFive обеспечивает более чем вдвое больший срок службы стандартных свинцово-кислотных аккумуляторов и хорошо конкурирует с литий-ионным циклом во многих областях применения.

Long Shelf Life — Превосходят свинцово-кислотные батареи, которые со временем сульфатируются, что ограничивает срок их хранения. Батарея с высоким уровнем разряда ZincFive NiZn имеет значительно более длительный срок хранения и не требует подзарядки для поддержания производительности.

SubC Cells

Никель-цинковая батарея — обзор

ОБСУЖДЕНИЕ КАНДИДАТНЫХ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Из батарей, показанных в таблице 3, только Pb / PbO 2 , NiO. Системы OH / Fe и NiO.OH / Cd можно рассматривать как коммерчески доступные и легко пригодные для использования в больших объемах хранения энергии. Система Pb / PbO 2 (свинец / кислота) является наиболее широко используемой, обширная литература была рассмотрена Ruetschi (14). Крупные установки мощностью 1–5 МВт уже давно используются на подводных лодках, регулярно выполняя 2000 циклов, а все более широкое использование отрицательных электродов из сплава Pb / Ca снижает выделение H 2 и потери воды, тем самым сводя к минимуму потребность в техническом обслуживании.Показатель качества, показанный в таблице 3, был получен на основе прогнозов производителей для конкретного применения в бестарных хранилищах (Ferell (11) и Bechtel (12)).

Долговечные и надежные никель-железные батареи вновь обретают популярность после 70 лет, в течение которых конструкция практически не изменилась по сравнению с конструкцией Томаса Эдисона, а Westinghouse Corporation разрабатывает систему электромобилей, в которой используются волокнистые электроды и циркуляция электролита ( Федуска и Уэйлл (13)). Никель-цинковая батарея в настоящее время также рассматривается как возможная среднесрочная система электромобилей, но у нее относительно короткий срок службы (Yao et al (14)).Все системы никелевых батарей выиграют от усовершенствований конструкции электрода из оксида никеля, например, электрохимической пропитки активного материала (Андерсон и др. (15)). Заявленный длительный срок службы никель-железных и свинцово-кислотных аккумуляторов компенсирует высокие первоначальные капитальные затраты, и продолжается работа по дальнейшему увеличению срока службы, особенно для свинцово-кислотных аккумуляторов (Маскалик, штат Нью-Джерси (16)).

Батареи железо / воздух и цинк / воздух серьезно страдают из-за низкого КПД воздушного электрода, который также подвержен повреждению во время зарядки при полезных плотностях тока.Тем не менее, железо-воздушная батарея разрабатывается для тяговых целей компаниями Westinghouse и Swedish National Development Corporation (Ojefors and Carlsson (17)), которые используют углеродные материалы с мокрой пастой и двухслойные никелевые материалы соответственно для воздушного электрода (оба используют Ag в качестве катализатора. ).

Перспективы системы Zn / Cl 2 кажутся коммерчески многообещающими. Компания Energy Development Associates (18) активно разрабатывает модуль мощностью 50 кВтч, который сейчас вводится в производство на пилотной установке, в которой хранится Cl 2 в виде гидрата хлора, Cl 2 .6HO 2 ниже 9 ° C. Даже после охлаждения и потерь при перекачке общий КПД прогнозируется на хорошем уровне (65%), а обычные проблемы с цинковыми электродами уменьшаются за счет работы в кислотном электролите ZnCl 2 , содержащем дополнительные хлоридные соли. Неурегулированными проблемами является постепенное окисление пористого графитового электрода CI 2 , которое приводит к накоплению CO 2 в системе и потерям эффективности из-за миграции CI 2 во время зарядки к Zn-электроду (что также имеет тенденцию к развиваться h3).Аспекты безопасности хранения CI 2 , возможно, являются самым большим недостатком; для хранилища мощностью 100 МВтч потребуется 60 тонн Cl 2

Система Zn / Br 2 , использующая водный раствор Zn / Br 2 в качестве электролита, может избежать накопления свободного галогена за счет использования комплексообразователей для образования Br 3 и Br 5 Компания General Electric (GE), США достигла более 2000 циклов из лабораторной ячейки с использованием угольных электродов и твердой полимерной мембраны, чтобы предотвратить попадание ионов брома на цинковый электрод (Will (19 )). Гулд, США, разрабатывает систему, в которой используются микропористый сепаратор и титановые электроды с долгоживущим каталитическим покрытием RuO 2 (Putt (20)).

Na / S-аккумулятор является наиболее передовым из высокотемпературных аккумуляторов, и элементы на 300 Втч находятся в пилотном производстве для электромобилей на Chloride Silent Power в Великобритании, в настоящее время в сотрудничестве с GE, США, которые в основном сосредоточены на выравнивании нагрузки. приложения (Джонс (21)). Эта система также разрабатывается компанией British Rail в Великобритании, Brown Boveri Co.в Германии и Ford в США (Бриджес и Минк (22)). Во всех конструкциях в качестве электролита используется трубка из керамики из β-оксида алюминия, проводящей Na + (Гордон и др. (23)), с расплавленным Na с одной стороны и расплавом полисульфида натрия с другой, содержащимся в углеродном войлоке для сбора тока.

Некоторыми оставшимися проблемами являются растрескивание керамической трубки и изоляционных уплотнений вместе с коррозией на серном электроде, приводящей к сокращению срока службы, а также образование изолирующих слоев серы при высоких плотностях зарядного тока, но если они могут быть преодолены, Na / Система S была бы привлекательна для бестарного хранения.

Система Li / FeS изучается в Аргоннской национальной лаборатории, США, в сотрудничестве с Игл-Пичером и Гулдом (Аскью и др. (24), Зиви и Суда (25)). Конструкция ячейки состоит из множества вертикальных отрицательных электродов Li / Al и положительных электродов FeS (с никелевыми и железными токосъемниками соответственно), разделенных войлоком из нитрида бора или порошком MgO, и в качестве электролита используется расплав эвтектики KCl / LiCl. Проблемы управления теплом в устройстве, работающем при таких высоких температурах, были изучены (Гиббард и Чен (26)), и в настоящее время разрабатываются вакуумные мультифойловые контейнеры.

Полностью твердотельные батареи — это привлекательная концепция для массового хранения. Удержание реактивных материалов будет осуществляться в самой батарее, коррозия должна быть устранена, а отсутствие вспомогательных механических устройств будет преимуществом. Одной из многообещающих систем является твердый Li 4 Si в сочетании с TiS 2 / Sb 2 S 3 / Bi, причем твердый электролит представляет собой Lil, диспергированный в мелкодисперсном порошке Al 2 O 3 (Liang et al. (27)). Гальваническая конструкция сваи была бы подходящей для этой системы с тонкопленочной технологией, обеспечивающей основу для недорогого производства.Разработки в этих системах недавно были рассмотрены Оуэном (28).

Данные H 2 / O 2 в таблице 3 относятся к случаю отдельного электролизера и системы топливных элементов с газами, хранящимися при 25 атм в подземном резервуаре, поэтому сочетание этого топливного элемента и электролизера дает явное преимущество. в том же устройстве, но не был разработан эффективный способ сделать это. Возможно, перспективно рассмотреть это применительно к твердому полимерному электролиту (NAFION) R компании GE в США (Лу и Сринивасан (29)), и развитие в этом направлении ожидается с интересом.Родственные системы H 2 / Cl 2 и H 2 / Br 2 выглядят более перспективными (Chin et al (30)) и лабораторная ячейка H 2 / Br 2 с использованием мембраны NAFION. продемонстрировал потенциал хорошего КПД при полезной плотности тока. (Яо и Чин (31)).

Интересной особенностью этих схем H 2 / галоген, а также схем окислительно-восстановительного потенциала является то, что предельные затраты на дополнительное хранение энергии не зависят от стоимости электродов, но очень тесно связаны со стоимостью хранения реагента и резервуара.Они могут быть довольно небольшими, особенно для системы H 2 / Cl 2 (но не обязательно для системы Fe 3+ -Fe 2+ / Cr 2+ -Cr 3+ сейчас разрабатываются НАСА, США (описаны Хагедорном и Таллером (32)), и такие схемы могут оказаться привлекательными для длительного хранения (10-24 ч). Однако их относительно большой размер, вероятно, не позволит размещать их близко к центрам нагрузки. и поэтому обычная экономия на передаче будет недоступна.

Наконец, примечательной разработкой в ​​области накопления энергии в больших объемах является строительство испытательного центра Battery Energy Storage Test (BEST) в Хиллсборо, Нью-Джерси, США, который позволит испытывать батареи в работе с местной электросетью. Первоначальные цели для усовершенствованных батарей заключаются в том, чтобы установить и эксплуатировать батарею Zn / Cl 2 мощностью 5 МВтч к 1982 году и батарею Na / S 5 МВтч к 1985 году.

Странные и прекрасные батареи — Battery University

Учитывая важность батарей в современной жизни, улучшения происходят медленно по сравнению с достижениями в области микроэлектроники.Давайте не будем указывать пальцем на непринужденных ученых и инженеров, но осознаем возникающую сложность. Пока батарея зависит от электрохимического процесса, ограничения будут действовать. Это низкое хранение энергии, медленная зарядка, короткий срок службы и высокая стоимость ватта.

Каждая система батарей имеет определенные преимущества, но ни одна из них не обеспечивает полностью удовлетворительного решения. В течение многих лет батареи на основе никеля обеспечивали достаточно хорошее обслуживание, но эта химия заменяется литий-ионными, предлагающими более высокую удельную энергию (емкость), более низкий саморазряд и отсутствие необходимости в обслуживании. Свинцово-кислотный аккумулятор с его многочисленными бородавками и пятнами по-прежнему занимает прочную позицию и будет продолжать оставаться лидером в качестве стартера и аккумулятора глубокого цикла. Никакая другая система не может соответствовать цене и надежности при большой мощности.

Никогда еще не было такой большой активности в исследованиях аккумуляторов, и электромобили являются катализатором этого безумия. Ожидания высоки, и средства массовой информации быстро объявляют о новой батарее, которая обещает долгую работу, хорошую долговечность и экологичность. Действительно, некоторые системы демонстрируют хороший потенциал, но до того, как они станут коммерчески жизнеспособными, еще далеко.Многие бесследно исчезают.

Типичными недостатками новых концепций батарей являются слабая нагрузка и короткий срок службы. Даже лимон можно превратить в батарею. Просто воткните медную монету и гальванизированный гвоздь во внутренности. Мощность низкая, и 500 лимонов могут зажечь лампочку фонарика. Также пытались использовать морскую воду в качестве электролита. Море будет производить бесконечный запас электричества, но полученная энергия хороша только для освещения фонарика. Коррозия пластин ограничивает срок службы и делает невозможным использование батареи с морской водой.

Учитывая небывало высокий интерес к разработке аккумуляторов, вполне уместно пересмотреть старые и перспективные системы. Перечисленные ниже химические составы расположены примерно в последовательности развития. Многие старые батареи пересматриваются, чтобы обеспечить более длительный срок службы, увеличенное время работы и лучшую цену.

Никель-железо

После изобретения никель-кадмия в 1899 году швед Вальдемар Юнгнер попытался использовать железо вместо кадмия, чтобы сэкономить деньги, но низкая эффективность заряда и выделение газа побудили его отказаться от проекта без получения патента.В 1901 году Томас Эдисон продолжил разработку в качестве альтернативы свинцово-кислотной смеси для электромобилей, заявив о превосходных характеристиках. Он проиграл, когда на смену пришли автомобили с бензиновым двигателем, и был глубоко разочарован, когда автомобильная промышленность выбрала свинцово-кислотную батарею в качестве стартерной батареи.

Никель-железная батарея (NiFe) использует катод из оксида-гидроксида и железный анод с электролитом из гидроксида калия для получения номинального напряжения элемента 1,2 В. NiFe устойчив к перезарядке и чрезмерной разрядке и может работать более 20 лет в режиме ожидания.Устойчивость к вибрации и высоким температурам сделала NiFe батареей предпочтительной для горнодобывающей промышленности в Европе, а во время Второй мировой войны использовалась немецкая летающая бомба Фау-1 и ракеты Фау-2. Другие приложения — железнодорожная сигнализация, вилочные погрузчики и стационарные приложения. NiFe имеет низкую удельную энергию около 50 Втч / кг, плохие низкотемпературные характеристики и высокий саморазряд от 20 до 40 процентов в месяц. Эти недостатки вместе с высокой стоимостью производства побудили промышленность оставаться верной свинцово-кислотной продукции.

Никель-цинк

Никель-цинковые (NiZn) батареи похожи на никель-кадмиевые в том, что в них используется щелочной электролит и никелевый электрод, но они отличаются по напряжению; NiZn обеспечивает 1,6 В на элемент, а не 1,2 В, как у NiCd. Никель-цинк был впервые разработан в 1920-х годах, но у него был короткий срок службы из-за роста дендритов и короткого замыкания. Улучшение электролита уменьшило эту проблему. Низкая стоимость, высокая выходная мощность и хороший рабочий температурный диапазон делают этот химический состав привлекательным, и NiZn возрождается для коммерческого использования.NiZn заряжается при постоянном токе до 1,9 В на элемент, но не может принимать постоянный заряд. Удельная энергия аналогична другим системам на основе никеля. NiZn рассчитан на 200–300 полных циклов, не содержит тяжелых токсичных материалов и может быть переработан. Батарея также доступна в ячейках AA.

Никель-водородный

Когда в 1967 году начались исследования никель-металлогидрида, проблемы с нестабильностью металлов переместили разработку в сторону никель-водородной батареи (NiH) . NiH использует стальной контейнер для хранения газообразного водорода под давлением 1,200 фунтов на квадратный дюйм (8,270 кПа).Ячейка включает в себя твердые никелевые электроды, водородные электроды, газовые экраны и электролит, заключенные в сосуд под давлением.

NiH имеет номинальное напряжение элемента 1,25 В и удельную энергию 40–75 Вт · ч / кг. Преимуществами являются долгий срок службы даже при полных циклах разряда, хороший календарный срок службы из-за низкой коррозии, минимальный саморазряд и замечательные температурные характеристики от –28 ° C до 54 ° C (от –20 ° F до 130 ° F). Эти атрибуты делают NiH идеальным спутником. Ученые разрабатывают NiH-аккумуляторы для наземного использования и надеются обеспечить рынки для систем хранения энергии и электромобилей.Минусы — низкая удельная энергия и высокая стоимость. Одна ячейка для спутника стоит тысячи долларов.

Цинк-воздух

Цинково-воздушные батареи вырабатывают электроэнергию в процессе окисления цинка и кислорода из воздуха. Ячейка может производить 1,65 В, но 1,4 В и ниже обеспечивает более длительный срок службы. Удаление закрывающего язычка активирует аккумулятор, обеспечивая приток воздуха, и аккумулятор достигает полного рабочего напряжения в течение пяти секунд. После включения аккумулятор не может быть остановлен.Блокирование воздушного потока путем добавления ленты только замедляет дегенерацию.

Цинково-воздушные батареи имеют сходство с топливным элементом с протонообменной мембраной (PEMFC) за счет использования кислорода в воздухе в качестве топлива для положительного электрода. Воздух может до некоторой степени контролировать скорость реакции. Цинк-воздух считается первичной батареей; однако есть версии с подзарядкой для приложений большой мощности. Перезарядка происходит путем замены отработанных цинковых электродов, которые могут быть в виде пасты из цинкового электролита.В другом типе воздушно-цинковых батарей используются гранулы цинка. Перезаряжаемые воздушно-цинковые батареи были опробованы на электромобилях и сняты с производства.

При 300–400 Втч / кг воздух цинк имеет высокую удельную энергию, стоимость производства умеренная, но удельная мощность (текущая нагрузка) низкая. В закрытом состоянии саморазряд составляет два процента в год. Цинк-воздух чувствителен к экстремальным температурам и высокой влажности. Загрязнение также влияет на производительность; высокая концентрация углекислого газа в окружающей среде снижает производительность за счет увеличения внутреннего сопротивления.Типичное применение — слуховые аппараты и лампы безопасности на строительных площадках.

Серебро-цинк

Серебряно-цинковая батарея служила важным источником питания в оборонной, аэрокосмической, высокотехнологичной телекамерах и другом профессиональном оборудовании, которое требовало длительного времени работы. Высокая стоимость, короткий срок службы и появление литий-ионных аккумуляторов привели к тому, что серебро потеряло популярность.

Быстрая деградация цинкового электрода и сепаратора была основной причиной отказа первоначальной конструкции. Во время цикла нарастание дендритов цинка пробило сепаратор и вызвало короткое замыкание. Более того, сепаратор разложился сам по себе, находясь в электролите гидроксида калия. Это ограничивает срок хранения примерно до двух лет. Улучшения в цинковом электроде и сепараторе обещают более длительный срок службы и на 40 процентов более высокую удельную энергию, чем у литий-ионных аккумуляторов. Серебро-цинк безопасно, не содержит токсичных металлов и может быть переработано, но использование серебра делает аккумулятор дорогим в производстве.

Натрий-сера

Натриевые батареи, также известные как расплавленная соль или тепловая батарея , бывают первичной и вторичной версий.В аккумуляторе в качестве электролита используются расплавленные соли, и он работает при температуре 400–700 ° C (752–1292 ° F). Новые конструкции работают при более низкой температуре 245–350 ° C (473–662 ° F).

Разработанный немцами во время Второй мировой войны и используемый в их ракетах Фау-2, электролит расплавленных солевых батарей неактивен в холодном состоянии и может храниться более 50 лет. После активации с помощью источника тепла аккумулятор может обеспечить всплеск большой мощности в течение доли секунды или подавать энергию в течение нескольких часов.Высокая мощность стала возможной благодаря хорошей ионной проводимости расплавленной соли. Первичные натриевые батареи почти исключительно используются в вооруженных силах в качестве «одноразового» поражения управляемых ракет; однако интерес кроется в версии с аккумулятором.

Современные натрий-серные аккумуляторные батареи известны как натрий-никель-хлоридные батареи или ZEBRA, названные так после проекта Zeolite Battery Research Africa . Батарея имеет номинальное напряжение элемента 2,58 В и удельную энергию 90–120 Втч / кг, что сопоставимо с литий-марганцевым и литий-фосфатным.Срок службы около восьми лет и 3000 циклов. Он может быть быстро заряжен, не токсичен, а сырье в изобилии и по невысокой цене. Батареи ZEBRA бывают больших размеров от 10 кВт / ч и выше. Типичные области применения — вилочные погрузчики, железные дороги, корабли, подводные лодки и электромобили, которые постоянно используются, например, такси и автофургоны. Растущий рынок натриевых батарей — это выравнивание нагрузки, также известное как сетевое хранилище.

Батарею ZEBRA необходимо нагреть до 270–350 ° C (518–662 ° F). Даже со специальной изоляцией нагрев потребляет 14 процентов энергии батареи в день, что эквивалентно 18 процентам саморазряда.Батарея ZEBRA должна быть заряжена или использоваться. Для остывания требуется 3–4 дня; для повторного нагрева требуется около двух дней в зависимости от SoC во время выключения. Обычные отказы — это короткое замыкание из-за коррозии и роста дендритов, что увеличивает саморазряд.

Аккумуляторы экспериментальные

Экспериментальные батареи живут в лабораториях и подключаются к внешнему миру через яркие отчеты, в основном для того, чтобы привлечь инвесторов. Мы надеемся, что однажды эти разработки превратятся в батарею, которая будет больше, чем просто разговаривать по мобильному телефону; цель — добиться экологических выгод от автомобильного транспорта.Нет непосредственных кандидатов, которые могли бы нарушить нынешний химический состав батарей, но потенциал есть. Ниже приведены наиболее перспективные экспериментальные батареи, о которых стоит упомянуть.

Литий-металлический (Li-metal)

Большинство литий-металлических батарей не подлежат перезарядке. Компания Moli Energy из Ванкувера первой начала массовое производство перезаряжаемых литий-металлических аккумуляторов для мобильных телефонов, но случайные короткие замыкания из-за дендритов лития вызвали условия теплового разгона, и батареи были отозваны в 1989 году.Литий-металл имеет высокую удельную энергию. В 2010 году пробный литий-металл-полимерный аккумулятор емкостью 300 Вт / кг был протестирован на экспериментальном электромобиле (для сравнения: Nissan Leaf с 80 Вт / кг), но безопасность остается серьезной проблемой.

Литий-воздушный (Li-air)

Литий-воздушные батареи заимствуют идею у воздушно-цинковых батарей и топливных элементов в том смысле, что они дышат воздухом. В батарее используется каталитический воздушный катод, который подает кислород, а также литиевый анод и электролит. Ученые предполагают, что потенциал накопления энергии в 5-10 раз больше, чем у литий-ионных аккумуляторов, но говорят, что потребуется от одного до двух десятилетий, прежде чем технология будет коммерциализирована.В зависимости от используемых материалов литий-ионный воздух будет производить напряжение от 1,7 до 3,2 В / элемент. IBM, Excellatron, Liox Power, Lithion-Yardney, Poly Plus, Rayovac и другие разрабатывают технологию. Теоретическая удельная энергия лития-воздуха составляет 13 кВт · ч / кг; алюминий-воздух обладает аналогичными качествами с теоретической удельной энергией 8 кВт · ч / кг.

Литий-сера (Li-S)

Благодаря низкому атомному весу лития и умеренному весу серы литий-серные батареи предлагают очень высокую удельную энергию 550 Втч / кг, что примерно в три раза больше, чем у литий-ионных аккумуляторов, и удельный потенциал мощности 2500 Втч / кг. .Во время разряда литий растворяется с поверхности анода и меняет свое направление при зарядке, покрывая себя обратно на анод. Li-S имеет хорошие характеристики разряда при низких температурах и может заряжаться при –60 ° C (–76 ° F). Проблемы заключаются в ограниченном сроке службы от 40 до 50 зарядов / разрядов и нестабильности при высокой температуре. С 2007 года инженеры Стэнфорда получают многообещающие результаты, экспериментируя с нанопроволокой. Li-S имеет напряжение ячейки 2,10 В и является экологически чистым. Сера в качестве основного ингредиента широко доступна.

Кремний-углеродные нанокомпозитные аноды для Li-ion

В отличие от углерода в качестве типичного анодного материала в обычной литий-ионной батарее, исследователи разработали кремний-углеродный нанокомпозит. Это способствует доступу ионов лития для достижения стабильной производительности и увеличения емкости в пять раз по сравнению с обычным литий-ионным аккумулятором. Говорят, что производство простое и дешевое, а аккумулятор безопасный; тем не менее, срок службы ограничен из-за структурных проблем при вводе и извлечении литий-ионных ионов в большом объеме.

Резюме

За последние пять лет или около того не появилось ни одной новой батареи, которую можно было бы назвать большим прорывом. Это неудивительно, если учесть, что немногие другие продукты предъявляют такие жесткие требования, как аккумулятор. Батарея должна обладать высокой способностью аккумулировать энергию, обеспечивать длительный срок службы, быть безопасной в использовании и требовать минимального обслуживания. Кроме того, аккумулятор должен работать при высоких и низких температурах, обеспечивать высокую мощность по запросу, быстро заряжаться и дешево.По мере того, как мы расширяем использование аккумуляторных батарей в транспорте, становится очевидным, что этот электрохимический источник питания лучше всего подходит для портативного использования. Для движущихся приложений, таких как поезда, морские суда и самолеты, аккумулятор не хватает емкости, выносливости и надежности. Разделительной чертой, на мой взгляд, станет электромобиль.

Последнее обновление 2019-04-30


*** Пожалуйста, прочтите комментарии ***

Комментарии предназначены для «комментирования», открытого обсуждения среди посетителей сайта. Battery University следит за комментариями и понимает важность выражения точек зрения и мнений на общем форуме. Однако при общении необходимо использовать соответствующий язык, избегая спама и дискриминации.

Если у вас есть вопрос, вам нужна дополнительная информация, у вас есть предложение или вы хотите сообщить об ошибке, используйте форму «свяжитесь с нами» или напишите нам по адресу: [email protected]. Хотя мы прилагаем все усилия, чтобы точно ответить на ваши вопросы, мы не можем гарантировать результаты.Мы также не можем нести ответственность за любой ущерб или травмы, которые могут возникнуть в результате предоставленной информации. Пожалуйста, примите наш совет как бесплатную общественную поддержку, а не как инженерную или профессиональную услугу.

Или перейти к другому архиву

Почему никель-цинк лучше свинцово-кислотного и литий-ионного в ИБП центра обработки данных

Стив Дженнингс — старший вице-президент по продажам и маркетингу компании ZincFive

Свинцово-кислотные аккумуляторы

десятилетиями служили рабочей лошадкой ИБП для центров обработки данных, но новые технологии открывают новые возможности для повышения производительности, безопасности, устойчивости и совокупной стоимости владения. Литий-ионные и никель-цинковые (NiZn) химические вещества являются основными конкурентами, вытесняющими свинцово-кислотные продукты на рынке. Оба обещают меньшие размеры и более длительный срок службы, чем свинцово-кислотные батареи. В то время как компромиссы литий-ионных батарей более известны, учитывая их широкое использование в других приложениях хранения энергии, технология NiZn имеет определенные преимущества с точки зрения надежности, безопасности и устойчивости по сравнению как с свинцово-кислотными, так и с литий-ионными решениями в центрах обработки данных. ИБП. Эти преимущества могут привести к снижению совокупной стоимости владения для операторов центров обработки данных.

Высокая плотность мощности при небольшом размере и весе

Двумя наиболее очевидными недостатками свинцово-кислотных аккумуляторов являются их громоздкий размер и вес. Батареи NiZn предлагают значительно более высокую плотность мощности, чем свинцово-кислотные батареи, если измерять их либо по весу (ватт-часы на килограмм), либо по объему (ватт-часы на литр). Чтобы проиллюстрировать влияние перехода на NiZn аккумуляторы, мы сравнили резервную систему NiZn ИБП мощностью 50 кВт с сопоставимыми свинцово-кислотными системами и обнаружили следующие преимущества для ИБП:

  • 42 — на 63 процента меньше занимаемая площадь
  • 55 — 60 процентов меньше нагрузки на пол
  • 110 — на 197% больше мощности
  • 91 — на 194 процента больше ватт / кв.фут

Более надежная работа

Чтобы использовать эту высокую удельную мощность, оператор центра обработки данных должен быть уверен в высокой надежности резервного аккумулятора. Ключевым моментом является надежность аккумуляторной батареи. Когда свинцово-кислотный или литий-ионный аккумулятор выходит из строя, он создает разрыв цепи, который останавливает работу цепочки. С другой стороны, слабый или обедненный элемент NiZn остается проводящим, позволяя колонне продолжать работу. Это превращает аварийную ситуацию с батареями другого химического состава в простую замену батареи в следующем плановом цикле обслуживания с небольшими затратами и без последствий для эксплуатации. Кроме того, цепочки NiZn аккумуляторов в большей степени переносят дисбаланс струн, чем свинцово-кислотные или литий-ионные.

В критически важных приложениях, таких как резервное копирование центров обработки данных, NiZn-аккумуляторы способны быстро заряжаться и превосходны при высоких скоростях разряда при сохранении термической стабильности. Для поддержания производительности не требуется капельная зарядка, что упрощает конструкцию системы и повышает энергоэффективность. Более того, в отличие от свинцово-кислотных аккумуляторов, NiZn — это щелочные аккумуляторы, которые со временем не сульфатируются, что способствует значительному увеличению срока службы при минимальных затратах на обслуживание.В совокупности такое поведение надежности напрямую снижает совокупную стоимость владения.

Более безопасное оборудование центра обработки данных

Помимо бесперебойной работы, операторы центров обработки данных несут ответственность за безопасность своих объектов и персонала. Технология NiZn аккумуляторов имеет явные преимущества в плане безопасности по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами, поскольку исключает использование едких химикатов и требует регулярного технического обслуживания для поддержания полной работоспособности аккумуляторов. Кроме того, никель-цинковые батареи не выделяют газ при нормальной работе, как свинцово-кислотные батареи.

Хотя операторы центров обработки данных хотели бы рассмотреть литий-ионную технологию в качестве замены свинцово-кислотных систем, они, возможно, читали о случаях теплового разгона внутри помещений на объектах хранения энергии. Чтобы оценить относительную безопасность новых аккумуляторных технологий, они могут ознакомиться с результатами любой аккумуляторной батареи или системы накопления энергии, которые были протестированы в соответствии с методом испытаний UL9450A для оценки распространения огня из-за теплового разгона в аккумуляторных системах накопления энергии. Тестирование в соответствии с методом тестирования UL 9540 может происходить на уровнях, определенных в методе, включая уровень ячейки, модуля, устройства или установки. Тестирование на уровне ячеек является основным показателем того, будет ли химический состав батареи распространять или нет тепловой разгон. NiZn аккумуляторы ZincFive были тщательно протестированы UL в соответствии с Методом испытаний UL9540A на уровне элементов, и они не показали теплового разгона ни в одном из пяти сложных и разрушающих типов испытаний.

Системы литий-ионных аккумуляторов

, которые проходят более высокие тесты на уровне блока, полагаются на механизм управления (система управления батареями или BMS), предназначенный для предотвращения распространения теплового события на уровне элементов.Известно, что механические и электронные устройства выходят из строя и не могут предотвратить тепловое событие, если они действительно выходят из строя, следовательно, превосходное значение безопасности, обеспечиваемое химическим составом батареи, может быть испытано на уровне элемента и не проявлять теплового разгона.

Преимущества для устойчивого развития

Учитывая быстрый рост размеров и количества центров обработки данных по всему миру, операторы вынуждены минимизировать воздействие на окружающую среду. Это еще один фактор, способствующий замене свинцово-кислотных аккумуляторов, которые содержат значительное количество опасных материалов, что требует процесса переработки с высокой степенью загрязнения.Фактически, экологические организации определили переработку использованных свинцово-кислотных аккумуляторов как одну из главных мировых проблем загрязнения окружающей среды.

По окончании срока службы литий-ионные батареи еще не имеют четкого пути к утилизации за счет собственных средств. Они требуют дополнительных мер безопасности при транспортировке, поскольку содержат как химическую, так и электрическую опасность. С ними обращаются осторожно, чтобы предотвратить возможность возгорания с выделением токсичных газов.

Химия

NiZn обеспечивает преимущества в области устойчивого развития по сравнению с обеими альтернативами.NiZn батареи, состоящие в основном из обычных материалов высокой доступности, негорючие и отказоустойчивые. Более того, со сроком службы до трех раз дольше, чем у свинцово-кислотных аккумуляторов, операторам центров обработки данных не нужно менять их почти так часто.

Кроме того, NiZn является одним из химикатов аккумуляторов, наиболее пригодных для вторичной переработки на рынке. Фактически, Департамент транспорта Калифорнии (Caltrans) определил стандарт системы резервного питания от аккумуляторных батарей с экологически чистыми технологиями (GT-BBS), в котором используются системы резервного питания на основе NiZn-аккумуляторов в качестве экологически чистой альтернативы традиционным системам резервного питания от свинцово-кислотных аккумуляторных батарей.

NiZn Атрибуты, снижающие совокупную стоимость владения

Совокупная стоимость владения для резервного копирования ИБП включает в себя не только предварительные капитальные затраты (CapEx) на аккумуляторные решения и оборудование для их размещения. Для свинцово-кислотных аккумуляторов эксплуатационные расходы (OpEx) в течение срока службы системы ИБП могут быть дороже, чем CapEx. Решения NiZn значительно снижают эксплуатационные расходы за счет более длительного срока службы и упрощенного обслуживания.

Есть и другие важные источники совокупной стоимости владения для центров обработки данных.Преимущества NiZn аккумуляторов в размере и весе по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами могут снизить вложения, необходимые для строительства объектов ИБП в центрах обработки данных. Более того, NiZn батареи имеют более широкий диапазон рабочих температур, чем другие технологии, что снижает требования к системам охлаждения центра обработки данных и позволяет размещать резервные ИБП ближе к нагрузке.

За счет снижения эксплуатационных расходов решения ZincFive сокращают совокупную стоимость владения до 28 процентов по сравнению с ИБП на основе свинцово-кислотных источников при общем сроке службы ИБП.

Аккумуляторная технология для более безопасного и высокопроизводительного резервного копирования центров обработки данных

Технология

NiZn оказалась лучшим выбором для замены свинцово-кислотных батарей в резервных центрах обработки данных. Благодаря высокой удельной мощности, меньшим размерам и весу, а также более длительному сроку службы и работе при более высоких температурах никель-цинковые батареи являются сердцем надежных и высокопроизводительных ИБП. Эти батареи безопаснее в эксплуатации и являются более экологичной альтернативой, чем свинцово-кислотные и литий-ионные резервные батареи. В целом технология NiZn может помочь операторам центров обработки данных снизить совокупную стоимость владения для резервного копирования центров обработки данных.

Мнения, выраженные в статье выше, не обязательно отражают мнение Data Center Knowledge and Informa.

Industry Perspectives — это информационный канал в Data Center Knowledge, подчеркивающий интеллектуальное лидерство в сфере центров обработки данных. Чтобы узнать об участии, ознакомьтесь с нашими правилами и процессом подачи заявок.

Эволюция морфологии цинкового электрода в никель-цинковых батареях с высокой плотностью энергии

Призматические никель-цинковые (NiZn) батареи с плотностью энергии более 100 Вт · ч. Кг. -1 были приготовлены с использованием цинковых электродов с различной исходной морфологией. Исследовано влияние исходной морфологии цинкового электрода на емкость аккумулятора. Сканирующая электронная микроскопия (SEM) и дифракция рентгеновских лучей (XRD) показывают, что первоначальная морфология цинкового электрода резко меняется после нескольких циклов зарядки / разрядки независимо от исходного использованного порошка ZnO. Электроды ZnO, приготовленные с использованием порошков ZnO, синтезированных из ZnCl 2 и Zn (NO 3 ) 2 , приводят к средней плотности энергии батареи в диапазоне от 92 Втч кг -1 до 109 Втч кг -1 при использовании обычного ZnO порошок приводит к более высокой плотности энергии, 118 Втч кг −1 .Средняя разрядная емкость цинковых электродов варьируется от 270 до 345 мА г –1 , что намного ниже значений, указанных в литературе для порошков нано ZnO. Более высокая площадь поверхности электрода или более высокая разрядная емкость электрода не обязательно означает более высокую плотность энергии батареи.

1. Введение

Никель-цинковые (NiZn) батареи — одно из старейших, но все еще многообещающих решений для электрохимического накопления энергии для гибридных / электрических транспортных средств и портативных электрических / электронных устройств.Имеющиеся в продаже NiZn-аккумуляторы обладают умеренной удельной энергией (55–85 Вт · ч · кг -1 ), высокой удельной мощностью (140–200 Вт · ч · кг –1 ), высоким потенциалом разомкнутого круга (1,705 В) и номинальным напряжением элемента 1,6 В, что больше, чем у NiCd и NiMH батарей [1, 2]. Кроме того, по сравнению с легкодоступными аккумуляторными технологиями, такими как литий-ионные, никель-кадмиевые и никель-металлгидридные аккумуляторы, NiZn-аккумуляторы являются недорогой и экологически чистой альтернативой с сопоставимой, если не лучшей производительностью на единицу веса.Однако технология NiZn еще не реализовала свой полный потенциал из-за множества проблем, которые хорошо документированы в литературе [3–5]. Среди этих проблем — изменение формы цинкового электрода с увеличением количества циклов заряда / разряда, пассивация цинкового электрода и дендритный рост цинка, ведущий к короткому замыканию батареи. В процессе разряда цинк растворяется в виде иона цинката () в щелочном электролите до того, как оксид цинка осаждается. Высокоподвижные ионы цинката концентрируются около дна электрода и выпадают в осадок в виде оксида цинка при достижении предела растворимости.Этот процесс приводит к неоднородности толщины осажденного цинка на электроде с увеличением количества циклов зарядки / разрядки и, в сочетании с дендритным ростом цинка во время зарядки, в конечном итоге вызывает короткое замыкание аккумулятора. Пассивация также считается одной из серьезных причин износа цинковых батарей. Это явление происходит, когда растворение цинка создает ситуацию, в которой достигается предел растворимости цинката в электролите вблизи поверхности цинкового электрода, и на поверхности электрода образуется изолирующий слой оксида цинка. В результате этого короткий срок службы и / или плохие электрохимические характеристики ограничивают масштабное внедрение NiZn батарей [3, 6–8]. Некоторые из этих проблем прямо или косвенно связаны с образованием растворимых ионов цинката в щелочном растворе во время работы от батареи. Предел растворимости цинката определяется температурой и pH щелочного раствора. Было предпринято множество попыток минимизировать растворимость и перемещение продуктов окисления цинка в щелочных растворах и улучшить физическую и химическую стабильность цинкового электрода при увеличении числа циклов заряда / разряда.Эти попытки включают, помимо прочего, использование органических и неорганических добавок в цинковых электродах и электролите, настройку структуры сепаратора для минимизации роста дендритного цинка [9, 10] и использование электродов различной геометрии [11, 12]. Одним из эффективных способов минимизировать указанные проблемы является использование различных оксидных добавок, таких как Ca (OH) 2 [13, 14], Bi 2 O 3 [15], PbO [16], TiO 2 [17] и In 2 O 3 [18] в цинковом электроде. Эти добавки могут снизить концентрацию продуктов окисления цинка и улучшить электронную проводимость и распределение тока [14]. Связующие вещества или гели, такие как силикат натрия [19], тапиока [20], политетрафторэтилен [21, 22], гель Carbopol [23, 24] и саго, который представляет собой крахмал, экстрагированный из стеблей пальмы [25], использовались для увеличения использование активного материала и эффективная площадь поверхности цинкового электрода. Сообщалось, что добавление силиката натрия в качестве связующего увеличивает производительность батареи [19].Также сообщалось, что использование крахмала тапиоки в качестве связующего для пористого цинкового электрода увеличивает удельную емкость [20]. В щелочных растворах в качестве ингибиторов коррозии цинка используются различные органические добавки. Некоторые из них либо дороги, либо токсичны и не являются экологически чистыми, что ограничивает их использование в батареях. Одним из немногих нетоксичных и дешевых органических материалов является полиэтиленгликоль (ПЭГ) [26, 27]. Было обнаружено, что ингибирующая коррозия способность ПЭГ выше, чем у кислотной формы полиоксиэтиленалкилфосфатного эфира при использовании в цинковом электроде [27, 28].Хотя частично успешные, ни одна из описанных в литературе попыток не предоставила окончательного решения проблемы короткого срока службы и плохой работы цинкового электрода из-за изменения формы и короткого замыкания в результате роста дендритного цинка во время зарядки.

В дополнение к использованию добавок изначально предполагалось, что, тщательно контролируя морфологию электрода, можно будет минимизировать изменение формы цинкового электрода. Частицы ZnO различной морфологии (нанопроволоки, гексагональные наностержни и др.)) могут быть получены разными методами [29–31]. В литературе есть несколько исследований о влиянии исходной морфологии цинкового электрода на электрохимические характеристики батареи [6–8, 32, 33]. Некоторые из этих исследований были сосредоточены на контроле морфологии цинкового электрода с помощью нанопроволок, наностержней и волокон ZnO. Например, Ян и др. исследовали нанопроволоки ZnO, синтезированные гидротермальным методом, в качестве электродного материала [32]. Сообщалось, что структуры нанопроволоки ломались и превращались в наностержни во время циклов зарядки / разрядки и подавляли рост дендритного цинка.Использование призматического ZnO, синтезированного путем гомогенного осаждения, в качестве электродного материала исследовали Yuan et al. [8]. Результаты показали, что напряжение разряда в средней точке, стабильность цикла и устойчивость к пассивации были улучшены по сравнению с коммерческим ZnO с типичными гексагональными призматическими частицами. Юань и его коллеги подробно исследовали влияние морфологии и размера ZnO на характеристики цинкового электрода [6]. По сравнению с другими морфологиями частицы ZnO с наностержнями демонстрируют лучшую стабильность электрохимического цикла и характеристики заряда / разряда.Их результаты показали, что обычные гексагональные частицы ZnO превращаются в чешуйчатые кристаллы, что снижает производительность. Вен и его коллеги сообщили, что электрохимические характеристики полого сплава ZnO и гексагонального конусообразного ZnO, полученного гидротермальным методом, были лучше по сравнению с обычным ZnO в качестве анодных материалов для ячеек NiZn, а полые частицы ZnO, полученные методом плавления, показали лучшую стабильность электрохимического цикла и заряд. разрядная производительность [33].

В данном документе мы представляем призматические NiZn аккумуляторы с различной исходной морфологией цинкового электрода, имеющими удельную энергию в литий-ионной области более 100 Вт · ч кг −1 .Порошки ZnO для цинковых электродов были синтезированы из различных прекурсоров, ZnCl 2 и Zn (NO 3 ) 2 · 6H 2 O. В сочетании с обычным порошком ZnO, обычно используемым в коммерческих NiZn батареях, эффект исходного цинкового электрода морфология от емкости батареи была исследована.

2. Экспериментальная
2.1. Приготовление порошков ZnO

В данном исследовании использовались три различных порошка ZnO. В дополнение к коммерческому порошку ZnO, полученному механохимическими методами при повышенных температурах (Киметсан, 99%), были синтезированы два других порошка ZnO с различной морфологией, как описано ниже.

2.1.1. Синтез порошка ZnO из ZnCl
2

Наноразмерные сферические частицы ZnO были получены простым методом осаждения, как описано в литературе [34]. Все 100 мл раствора, содержащего 0,2 M КОН (Merck) и 0,02 M триэтаноламин (TEA) (Kimetsan, 99%) в качестве поверхностно-активного вещества, медленно добавляли к 100 мл 0,1 M раствора ZnCl 2 (Merck) при сильном механическом перемешивании. Ультразвуковая обработка (WUC-D06H, Wisd) проводилась в течение 45 минут при 50 ° C. Осадок отделяли от жидкой фазы центрифугированием (Sigma, 3–16 ПК) при 4000 об / мин в течение 5 мин.Затем твердую фазу трижды промывали 500 мл 0,1 М раствора NH 4 OH (Sigma Aldrich, 28-29%). Наконец, твердую фазу сушили при 50 ° C в течение 15 часов, а затем запекали при 200 ° C в течение 2 часов в печи.

2.1.2. Синтез порошка ZnO из Zn (NO
3 ) 2

Наноразмерные пластинчатые частицы ZnO получали простым методом осаждения, который обычно используется в литературе [35]. Всего 27,85 мл 8 M NaOH (Merck, 98%) медленно добавляли к 100 мл 1 M раствора Zn (NO 3 ) 2 · 6H 2 O (Scharlau, 98%) при механическом перемешивании. при 20 ° С.Затем к смеси добавляли сверхчистую воду (22,15 мл), чтобы получить значение pH около 13, и раствор выдерживали при 20 ° C в течение 30 минут. Осадок отделяли от жидкой фазы центрифугированием при 4000 об / мин в течение 5 мин. Твердую фазу трижды промывали сверхчистой водой. Наконец, твердую фазу сушили при 50 ° C в течение 20 часов, а затем запекали при 200 ° C в течение 2 часов в печи.

2.2. Подготовка призматических батарей

Призматические NiZn батареи с цинковыми электродами, имеющими различную исходную морфологию порошка ZnO, были подготовлены для оценки изменения морфологии цинкового электрода во время работы батареи и его влияния на емкость батареи. Пасту цинкового электрода готовили путем механического смешивания 3 г порошка оксида цинка, 0,03 г гидроксида кальция и 0,08 г оксида свинца (II) с предварительно приготовленными 1 мл 10% -ного раствора PEG и 1,6 мл 6 M растворов KOH, содержащих 0,35 г растворенной целлюлозы. Затем пасту наносили на одну сторону никелевого токосъемника с оловянным покрытием толщиной мкм толщиной м с использованием трафарета для формирования однородного слоя. Наклеенные Ni (OH) 2 электроды с удвоенной емкостью электродов из цинка использовали, чтобы убедиться, что емкость аккумулятора не ограничивается никелевым электродом.Ni электродную пасту наносили на обе стороны токосъемника из никелевой фольги с помощью трафарета. Коммерческие сепараторы на основе целлюлозы (Ocalı A. S.) обильно смачивали 6 М КОН перед тем, как их поместили между электродами из никеля и цинка. Полученная структура электрода Zn / Ni / Zn была плотно закрыта между двумя пластинами слюды под давлением. Батареи NiZn с цинковыми электродами, имеющими сферические частицы ZnO, синтезированные из ZnCl 2 (образец преобладает A1), пластина , -подобные частицы ZnO, синтезированные Zn (NO 3 ) 2 (Образец B1), и коммерческий порошок ZnO (Образец C1) были приготовлены по тому же рецепту. Схема призматических батарей, в которых никелевый электрод помещен между двумя цинковыми электродами, показана на рисунке 1.


2.3. Характеристика электродов

Кристаллическая структура промышленных порошков ZnO и порошков ZnO, полученных методами осаждения и циклических цинковых электродов, была охарактеризована порошковой дифракцией рентгеновских лучей (дифрактометр Phillips Xpert с излучением Cu K α ) при скорости сканирования 0,139 θ с −1 .Электронная микроскопия (FEI Quanta 250, оснащенная системой Oxford EDX) использовалась для оценки морфологии порошков ZnO и цинковых электродов до и после циклов заряда / разряда. Площадь поверхности порошков ZnO определялась анализом Брунауэра-Эмметта-Теллера (БЭТ) (Quantachrome Autosorb) с процессом адсорбции / десорбции азота.

2.4. Тесты заряда / разряда

Тесты заряда / разряда проводились с использованием источника питания постоянного тока (TT Technic RXN 305D), который работает в режиме ограничения тока или напряжения, и компьютеризированного анализатора батареи (CBA IV 4 Pro). Все испытания проводились при комнатной температуре. Зарядка призматических NiZn батарей выполнялась при фиксированном напряжении (1,94 В) до тех пор, пока зарядный ток не упал до 0,01 А. Испытания на разрядку проводились при фиксированном токе 0,8 А до тех пор, пока напряжение батареи не упало до 1,0 В.

3. Результаты и обсуждение

Рентгенограммы промышленного порошка ZnO и порошков ZnO, синтезированных из ZnCl 2 и Zn (NO 3 ) 2 · 6H 2 O, представлены на рисунке 2. Пики XRD порошка ZnO (структура вюрцита) при 2 θ значения 31.77 °, 34,42 °, 36,25 °, 47,54 °, 56,59 °, 62,85 °, 66,37 °, 67,94 ° и 69,08 ° соответствуют (100), (002), (101), (102), (110), ( 103), (200), (112) и (201) соответственно (номер файла данных JCPDS-2: 79-2205). Детальный рентгеноструктурный анализ показывает, что синтезированные порошки содержат только ZnO, и никаких следов Zn (OH) 2 не наблюдается. Также очевидно, что коммерческий порошок ZnO имеет большую кристалличность по сравнению с синтезированными порошками ZnO.


На рис. 3 показаны СЭМ-изображения порошков ZnO, синтезированных из ZnCl 2 и Zn (NO 3 ) 2 · 6H 2 O, а также коммерческого порошка ZnO.СЭМ-изображения порошков ZnO, синтезированных из ZnCl 2 , показывают сферические частицы диаметром от 20 до 40 нм. По сравнению с ZnO, синтезированным из ZnCl 2 , порошок ZnO, синтезированный из Zn (NO 3 ) 2 · 6H 2 O, демонстрирует другую морфологию с пластинчатыми структурами и нанолистами, смешанными с игольчатыми частицами с точностью до микрометра. в длину, как показано на рисунке 3 (б). Хорошо известно, что нанолисты и нанотрубки могут быть получены путем регулирования гидротермальной продолжительности с использованием прекурсора Zn (NO 3 ) 2 · 6H 2 O [36–38].Морфология коммерческого ZnO, синтезированного механохимическим методом, резко отличается от морфологии синтезированных порошков ZnO. На рисунке 3 (c) наблюдается широкий диапазон распределения частиц по размерам со смесью пластин, стержней и призматических частиц длиной до нескольких микрометров.

Площадь поверхности электрода, доступная для электрохимических реакций, играет ключевую роль в производительности батареи. В батарее NiZn более высокая площадь поверхности цинкового электрода должна приводить к улучшенному использованию материалов и более высокой плотности мощности и уменьшению пассивирования при высоких скоростях разряда [20].Пористая структура электрода обеспечивает более высокую плотность энергии за счет короткой длины переноса ионов и легкой реакции переноса заряда на границе раздела электрод-электролит [39–42]. Поэтому желательна большая площадь поверхности цинкового электрода, так как она должна улучшить характеристики батареи за счет обеспечения увеличенной длины пути для переноса электронов и ионов Zn, площади контакта электрода / электролита и компенсации напряжения при введении / извлечении ионов Zn [43 , 44]. Площадь поверхности порошков ZnO, использованных в этом исследовании, была рассчитана методом Барретта-Джойнера-Халенды (BJH).Сферический порошок ZnO, синтезированный из ZnCl 2 , имеет большую площадь поверхности 26,05 м 2 г −1 по сравнению с пластинчатым порошком ZnO, синтезированным из Zn (NO 3 ) 2 · 6H 2 O (11,00 м 2 г -1 ) и технический порошок ZnO (0,11 м 2 г -1 ). Эти результаты ниже, чем указанные в литературе значения, 38,9 м 2 г -1 для порошка ZnO, синтезированного из ZnCl 2 и 27.22 м 2 г −1 для порошка ZnO, синтезированного из Zn (NO 3 ) 2 · 6H 2 O [34, 35]. Однако эти различия можно объяснить вариациями параметров синтеза (концентрации, температуры, времени выдержки и т. Д.).

Чтобы исследовать влияние исходной морфологии порошка ZnO на электрохимические характеристики, призматические NiZn батареи заряжались и разряжались непрерывно. Один комплект батарей был разобран после третьего разряда для оценки изменения морфологии цинкового электрода.Во время разряда батареи ионы OH возле электрода реагируют с цинком с образованием растворимого иона цинката (). Оксид цинка образуется из иона цинката в водном электролите при достижении предела растворимости. Точный продукт окисления цинка сильно зависит от значения pH раствора. Однако в условиях испытаний, использованных в данном исследовании, пассивирующий оксидный слой, который значительно снижает емкость, не должен существовать на поверхности цинкового электрода во время разряда [45, 46].

Микроструктура и морфология поверхности цинкового электрода, содержащего порошок ZnO, синтезированный из ZnCl 2 (образец A1), показаны на рисунке 4 (а).На рис. 4 (б) показана морфология того же цинкового электрода после третьего разряда. Всего после трех циклов заряда / разряда было обнаружено, что морфология цинкового электрода отличается от исходного материала как по форме, так и по размеру частиц и пористости. Наносферы ZnO были в основном заменены большими пластинами ZnO и некоторыми игольчатыми частицами ZnO. Эволюция микроструктуры цинкового электрода, приготовленного с использованием порошка ZnO, синтезированного из Zn (NO 3 ) 2 · 6H 2 O (образец B1) до первой зарядки и после третьей разрядки, показана на рисунке 5.Как и в случае с образцом A1, морфология образца B1 после третьего разряда резко отличалась от его первоначальной морфологии. Пластинчатые частицы ZnO, видимые в свежеприготовленном образце, были преобразованы в иглы и проволоку микрометрового размера, как показано на рисунке 5 (b). Кроме того, в некоторых крупных призматических кристаллах ZnO также наблюдались размеры в несколько микрометров. Наконец, на рис. 6 показаны СЭМ-изображения образца C1, приготовленного с использованием коммерческого ZnO ​​в исходном состоянии и после третьего разряда. Опять же, окончательная морфология электрода после третьего разряда оказалась очень отличной от морфологии исходного электрода. После третьего разряда очень большие кристаллы ZnO, которые также наблюдались в других образцах, покрывали большую часть поверхности электрода. Однако, в отличие от других образцов, нанопроволоки или наностержни ZnO или каких-либо признаков дендритного роста цинка не наблюдались.

Следует отметить, что первоначальная и последующая зарядка NiZn аккумуляторов не полностью превращает оксид цинка в металлический цинк, и всегда остается некоторое количество непрореагировавшего порошка ZnO. Поэтому при производстве коммерческих NiZn аккумуляторов обычной практикой является использование порошка ZnO по крайней мере на 10% больше, чем требуется для желаемой емкости.Типичные кривые разряда NiZn аккумуляторов показаны на рисунке 7. Следует еще раз отметить, что общее количество ZnO ​​составляет 3 г для каждого цинкового электрода (и всего 6 г для одного NiZn аккумулятора) с теоретической удельной емкостью 978 мАч г −1 [47–49]. Поскольку сепаратор, концентрация электролита, емкость никелевого электрода и все другие экспериментальные параметры одинаковы, кривые «напряжение-емкость» дают ценную информацию об электрохимическом поведении цинкового электрода. Батареи с цинковыми электродами, приготовленными из коммерческого порошка ZnO (образец C1), показывают более медленное падение напряжения от начальной точки до примерно 1,35 В (плато разряда) перед резким падением напряжения, приводящим к более высокой разрядной емкости, 2,06 Ач, по сравнению с другими образцами с синтезированные порошки ZnO. В батареях NiZn с синтезированным порошком ZnO емкость образца A1 и образца B1 была на 21% и 8% ниже соответственно. Все батареи показали одинаковую разрядку; однако среди множества подготовленных образцов батареи NiZn с коммерческими порошками ZnO неизменно показали более высокую разрядную емкость.При номинальном разрядном напряжении 1,6 В батареи NiZn с синтезированными порошками ZnO показали среднюю плотность энергии в диапазоне от 92 Втч кг -1 до 109 Втч кг -1 . Аккумуляторы NiZn с коммерческими порошками ZnO показали наивысшую удельную энергию — 118 Вт · ч · кг -1 .


Хотя эти средние значения плотности энергии относительно высоки, результаты несколько противоречат предыдущим исследованиям в литературе. Сообщалось, что с помощью порошков наночастиц ZnO с тщательно контролируемой морфологией в Zn-электродах можно получить высокую среднюю разрядную емкость для цинковых электродов.Например, электрохимическая активность нанопроволок ZnO со средней разрядной емкостью 609 мАч / г −1 оказалась выше, чем у обычного ZnO ​​[32]. В аналогичном исследовании сообщалось, что начальная разрядная емкость полого веретенообразного ZnO ​​и гексагонального конусообразного ZnO ​​составляет 476 мАч г -1 и 470 мАч г -1 соответственно [33]. Однако о влиянии разрядной емкости цинкового электрода на плотность энергии батареи не сообщалось. В то время как значения плотности энергии призматических NiZn аккумуляторов, подготовленных в этом исследовании, намного выше, чем средние плотности энергии коммерчески доступных сегодня NiZn аккумуляторов, средняя разрядная емкость цинковых электродов колеблется от 270 до 345 мА г -1 , что намного ниже, чем заявленные значения для нано порошки ZnO в литературе. Кроме того, коммерческий порошок ZnO с наименьшей площадью поверхности (образец С1) показал лучшую разрядную способность и привел к более высокой плотности энергии. Очевидно, что более высокая площадь поверхности электрода или более высокая разрядная емкость электрода не обязательно означает более высокую плотность энергии для NiZn-аккумуляторов. Чтобы улучшить разрядную емкость электрода, необходимо синтезировать порошки нано ZnO ​​с тщательно контролируемой морфологией, что обычно увеличивает затраты на производство. Другой подход к увеличению разрядной емкости электрода — использование гораздо более тонких электродов, но этот подход увеличивает вес батареи из-за большего коллектора и сепаратора тока, что приводит к более низкой плотности энергии батареи.В отличие от предыдущих исследований, использование обычного порошка ZnO для цинковых электродов привело к лучшей циклической стабильности. Как видно на рисунке 8, цинковые электроды с промышленным порошком ZnO показали менее 3% потери емкости после 50 циклов по сравнению с 35% для образца A1 и 8% для образца B1, соответственно.


На этом этапе причина немного большей разрядной емкости и лучших разрядных характеристик цинковых электродов с промышленным порошком ZnO может быть интерпретирована только как связанная с морфологией порошка ZnO.В то же время изображения СЭМ показывают, что первоначальная морфология электродов резко меняется после нескольких циклов заряда / разряда.

В литературе сообщалось, что цинковые электроды, изготовленные из полых веретенообразных порошков ZnO и гексагональных конусообразных порошков ZnO, демонстрируют и сохраняют высокую разрядную емкость по сравнению с обычным ZnO [33]. Было заявлено, что морфология и ориентация цинка полностью зависят от характеристик поверхности подложки, а остаточные полые веретенообразные порошки ZnO и гексагональные конусообразные порошки ZnO являются лучшими подложками, способствующими боковому росту кристалла активного материала параллельно подложке при зарядке [33] .Об аналогичном изменении морфологии цинковых электродов также сообщалось, когда электрохимические характеристики промышленного ZnO ​​сравнивались с нанопроволокой ZnO и наноразмерным ZnO [8, 32]. Вопреки выводам этого исследования, NiZn батареи, изготовленные из нанопроволоки и наноразмерного ZnO, как сообщалось, демонстрируют лучшую разрядную емкость и стабильность цикла, более высокое напряжение разряда и более низкое напряжение заряда. Лучшие электрохимические характеристики объясняются эффектами подложки, электрохимической активностью частиц ZnO, толщиной электроосаждений и плотностью тока заряда / разряда, которые обычно благоприятствуют частицам нано ZnO ​​в большинстве NiZn аккумуляторов [8].

Фактически, морфология цинкового электрода зависит от многих факторов, включая, помимо прочего, химические и физические свойства подложки, тип и концентрацию щелочного электролита, плотности тока заряда и разряда, пассивные и активные добавки в электроде и электролите, геометрию электрода, тип и загрузка связующего материала, температура и т. д. Небольшое изменение одного или нескольких из этих параметров может привести к различной морфологии электрода, что приведет к другим характеристикам разряда. Более низкие характеристики электродов с наноразмерным порошком ZnO по сравнению с электродами с промышленным порошком ZnO должны быть связаны с изменением морфологии цинкового электрода, так как все остальные параметры в этом исследовании остаются неизменными.

Как видно на рисунках 4–6, даже после нескольких циклов заряда / разряда морфология цинковых электродов отличается друг от друга, а также резко отличается от своей первоначальной морфологии. Цинковый электрод, приготовленный из обычных гексагональных частиц ZnO (Образец C1), показывает очень небольшое количество дендритного роста после циклов заряда / разряда в отличие от электродов с наноразмерными частицами ZnO (Образец A1 и Образец B1).Рост дендритов — одна из проблем, связанных с плохой работой цинковых электродов. Кроме того, указанные здесь площади поверхности представляют собой площади порошков ZnO, используемых для изготовления цинковых электродов. Поскольку после нескольких циклов заряда / разряда морфология электродов резко меняется, стирая исходную морфологию электродов, фактическая площадь поверхности цинкового электрода, доступная для электрохимических реакций, и пористость будут отличаться по мере увеличения количества циклов. Мы подозреваем, что исходный состав электродов и условия заряда / разряда, использованные в этом исследовании, приводят к изменению морфологии, при котором перенос массы цинката ограничивается диффузией, что приводит к росту дендритов при зарядке и, следовательно, к потере емкости для Образца A1 и Образца B1, батарей с цинком. электроды, изготовленные из порошков нано ZnO.

Исследования наноразмерных порошков ZnO в качестве электродных материалов, демонстрирующих высокую разрядную емкость электродов, обычно включают другие добавки в электродные структуры, такие как порошки фторполимеров, графит, ацетиленовая сажа, SnO, In 2 O 3 и карбоксиметилцеллюлоза. Кроме того, K 2 BO 3 , KF, LiOH и NaOH также широко используются в качестве добавок к щелочным электролитам [32, 33]. Тип и количество добавок в электроде и электролите сильно влияют на электрохимические реакции и, следовательно, на морфологию электродов.Следует отметить, что цинковые электроды, использованные в этом исследовании, были приготовлены из порошка оксида цинка с небольшими количествами гидроксида кальция, оксида свинца (II), целлюлозы и PEG. Также в электролите KOH не было добавок, упрощающих химию. Возможно, что отсутствие добавок, которые, как было доказано, улучшают разрядную емкость цинкового электрода, является причиной более низкой разрядной емкости, указанной здесь.

4. Выводы

На характеристики NiZn батареи влияет множество факторов, таких как геометрия батареи, сепаратор, тип и концентрация электролита, пористость электродов, выделение газа, начальные условия зарядки и плотность тока разряда.Например, разница между средней разрядной емкостью цинковых электродов становится меньше, а использование материалов увеличивается по мере уменьшения плотности тока разряда. Исходная морфология цинкового электрода, по-видимому, играет роль в производительности батареи, но неясно, когда эффект начальной морфологии преобладает в характеристиках батареи. Поэтому особое внимание следует уделять конструкции элемента и параметрам заряда / разряда при сравнении влияния исходной морфологии порошка ZnO на характеристики батареи.

Исходный состав цинковых электродов и условия испытаний батарей (плотности тока заряда и разряда), использованные в этом исследовании, вероятно, являются причинами более низкой разрядной емкости для цинковых электродов, изготовленных из наноразмерных порошков ZnO, по сравнению со значениями, указанными в литературе. Очевидно, что исходная морфология цинкового электрода влияет на разрядную емкость электрода, но это может быть не так важно, как можно было бы подумать, для плотности энергии батареи. Однако определенные морфологии, подавляющие рост дендритов цинка при зарядке, безусловно, увеличивают срок службы NiZn аккумуляторов.

Пассивация и короткое замыкание являются основными причинами ограниченного срока службы NiZn батарей, но слишком часто трудно определить, какая из них ответственна за потерю емкости. Сепаратор, который подавляет рост дендритного цинка и предотвращает короткое замыкание батареи, в сочетании с электролитом с низкой растворимостью цинката также необходим для увеличения срока службы и емкости.

Основная часть исследований, связанных с NiZn батареями, сосредоточена на улучшении характеристик цинкового электрода за счет увеличения разрядной емкости электрода, уменьшения пассивации, уменьшения изменения формы и подавления дендритного роста цинка.Хотя подавление дендритного роста цинка во время зарядки для минимизации возможности короткого замыкания и уменьшения пассивирования необходимо, улучшение разрядной емкости цинкового электрода может не потребоваться для достижения плотности энергии NiZn батареи более 100 Вт · ч кг -1 , как показано в этом исследовании. . Интересно, что на рынке не было никаких коммерческих NiZn аккумуляторов с плотностью энергии более 100 Вт · ч · кг –1 , хотя были изготовлены цинковые электроды с чрезвычайно высокой разрядной емкостью.Избыточный вес и производственные затраты, связанные с этими высокоэффективными цинковыми электродами, являются основными препятствиями для коммерциализации. Следовательно, критерии плотности электродного разряда следует использовать с осторожностью.

Конкурирующие интересы

Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов относительно публикации этой статьи.

Благодарности

Авторы благодарны доктору Огану Оджали и профессору доктору Мухсину Чифтчиоглу за их ценные советы, комментарии и обсуждения.Они благодарят Ocalı A. S. за финансовую поддержку для выполнения этой работы.

Перспективная система накопления энергии: никель-цинковый аккумулятор

  • [1]

    Winter M, Brodd RJ. Что такое батареи, топливные элементы и суперконденсаторы? Chem Rev.2005; 105 (3): 1021.

    Артикул Google ученый

  • [2]

    Кудо А., Мисеки Ю. Гетерогенные фотокаталитические материалы для расщепления воды. Chem Soc Rev.2009; 38 (1): 253.

    Артикул Google ученый

  • org/ScholarlyArticle»> [3]

    Этачери В., Маром Р., Элазари Р., Салитра Дж., Аурбах Д.Проблемы разработки перспективных литий-ионных аккумуляторов: обзор. Energy Environ Sci. 2011; 4 (9): 3243.

    Артикул Google ученый

  • [4]

    Ван В., Таде МО, Шао З. Прогресс исследований перовскитных материалов в фотокаталитических и фотоэлектрических преобразователях энергии и обработке окружающей среды. Chem Soc Rev.2015; 44 (15): 5371.

    Артикул Google ученый

  • [5]

    Лю Л., Ян Х. Х, Бернетт Дж.Исследование потенциала ветровой энергии на островах Гонконг — анализ характеристик ветровой энергии и ветряных турбин. Возобновляемая энергия. 2002; 27 (1): 1.

    Артикул Google ученый

  • org/ScholarlyArticle»> [6]

    Чоу Т.Т., Пей Дж., Фонг К.Ф., Лин З, Чан АЛС, Хе М. Моделирование и применение теплового насоса прямого расширения с использованием солнечной энергии для нагрева воды в субтропическом Гонконге. Appl Energy. 2010; 87 (2): 643.

    Артикул Google ученый

  • [7]

    Назируддин М.К., Баранов Э., Гратцель М.Сенсибилизированные красителем солнечные элементы: краткий обзор. Sol Energy. 2011; 85 (6): 1172.

    Артикул Google ученый

  • [8]

    Tachan Z, Ruhle S, Zaban A. Сенсибилизированные красителем солнечные трубки: новая конструкция солнечных элементов для эффективного сбора тока и улучшенной герметизации элементов. Sol Energy Mater Sol Cells. 2010; 94 (2): 317.

    Артикул Google ученый

  • org/ScholarlyArticle»> [9]

    Гуденаф Дж. Б., Ким Ю.Проблемы литиевых аккумуляторных батарей. Chem Mater. 2010; 22 (3): 587.

    Артикул Google ученый

  • [10]

    Филлипс Дж., Моханта С., Гэн М., Бартон Дж., МакКинни Б., Ву Дж. Экологически чистая никель-цинковая батарея для высокопроизводительных работ с более высокой удельной энергией. ECS Trans. 2009; 16 (16): 11.

    Артикул Google ученый

  • [11]

    Armand M, Tarascon JM.Строим батареи лучше. Природа. 2008; 451 (7179): 652.

    Артикул Google ученый

  • [12]

    Чау К., Вонг И, Чан С. Обзор источников энергии для электромобилей. Energy Convers Manag. 1999; 40 (10): 1021.

    Артикул Google ученый

  • [13]

    Тараскон Дж. М., Арманд М. Проблемы и проблемы, с которыми сталкиваются перезаряжаемые литиевые батареи. Природа. 2001; 414 (6861): 359.

    Артикул Google ученый

  • [14]

    Гуденаф Дж. Б., Ким Ю. Проблемы перезаряжаемых батарей. J Источники энергии. 2011; 196 (16): 6688.

    Артикул Google ученый

  • [15]

    Cheng FY, Liang J, Tao ZL, Chen J. Функциональные материалы для аккумуляторных батарей. Adv Mater. 2011; 23 (15): 1695.

    Артикул Google ученый

  • org/ScholarlyArticle»> [16]

    Дин Ю.Л., Вэнь Й., Ву К., ван Акен П.А., Майер Дж., Ю. Ю.3D V 6 O 13 нанотекстильные материалы, собранные из взаимосвязанных наноканавок в качестве катодных материалов для высокоэнергетических литий-ионных батарей. Nano Lett. 2015; 15 (2): 1388.

    Артикул Google ученый

  • [17]

    Лю С., Пан Г.Л., Ян Н.Ф., Гао ХР. Водный TiO 2 / Ni (OH) 2 перезаряжаемая батарея с высоким напряжением, основанная на реакциях внедрения / извлечения протонов и лития. Energy Environ Sci. 2010; 3 (11): 1732.

    Артикул Google ученый

  • [18]

    Wang C, Wu L, Wang H, Zuo W, Li Y, Liu J. Изготовление и оптимизация оболочки синергетического TiO 2 –MoO 3 анод с массивом нанопроволок ядро-оболочка для высоких энергий и литий-ионные аккумуляторы с удельной мощностью. Adv Funct Mater. 2015; 25 (23): 3524.

    Артикул Google ученый

  • [19]

    Fan X, Luo C, Lamb J, Zhu Y, Xu K, Wang C.Катоды с наностержнями из FeOF, инкапсулированные PEDOT, для литий-ионных батарей высокой энергии. Nano Lett. 2015; 15 (11): 7650.

    Артикул Google ученый

  • [20]

    Xie H, Du K, Hu G, Peng Z, Cao Y. Роль натрия в LiNi 0,8 Co 0,15 Al 0,05 O 2 катодный материал и его электрохимические свойства. J. Phys Chem C. 2016; 120 (6): 3235.

    Артикул Google ученый

  • [21]

    Zhu L, Liu Y, Wu W, Wu X, Tang W, Wu Y. Поверхностный фторированный LiNi 0,8 Co0 ,15 Al 0,05 O 2 в качестве материала положительного электрода для литий-ионных аккумуляторов. J Mater Chem A. 2015; 3 (29): 15156.

    Артикул Google ученый

  • [22]

    Ли Д.Ю., Фу Дж., Парк М.Г., Лю Х., Kashkooli AG, Чен З.В. Самособирающиеся наночастицы NiO / Ni (OH) 2 в качестве активного материала для мощных и высокоэнергетических гибридных аккумуляторных батарей. Nano Lett. 2016; 16 (3): 1794.

    Артикул Google ученый

  • [23]

    Wang H, Liang Y, Gong M, Li Y, Chang W, Mefford T, Zhou J, Wang J, Regier T, Wei F, Dai H. Сверхбыстрый никель-железный аккумулятор из сильно связанных неорганических гибридные материалы наночастиц / наноуглерода. Nat Commun. 2012; 3 (2): 177.

    Google ученый

  • [24]

    Цзэн И, Лин З, Мэн И, Ван И, Ю М, Лу Х, Тонг Я. Гибкая сверхбыстрая водная перезаряжаемая батарея Ni / Bi на основе высокопрочного монокристаллического висмутового наноструктурированного анода.Adv Mater. 2016; 28 (41): 9188.

    Артикул Google ученый

  • [25]

    Tang W, Hou YY, Wang FX, Liu LL, Wu YP, Zhu K. LiMn 2 O 4 нанотрубка в качестве катодного материала второго уровня для заряда аккумуляторных батарей на водной основе. Nano Lett. 2013; 13 (5): 2036.

    Артикул Google ученый

  • [26]

    Пан Х, Шао И, Ян П. , Ченг И, Хан К.С., Не З., Ван Ц., Янг Дж, Ли Х, Бхаттачарья П., Мюллер К. Т., Лю Дж.Обратимое водное накопление энергии цинка / оксида марганца в результате реакций конверсии. Энергия природы. 2016; 1 (5): 16039.

    Артикул Google ученый

  • [27]

    Мантирам А. Материальные проблемы и возможности литий-ионных батарей. J. Phys Chem Lett. 2011; 2 (3): 176.

    Артикул Google ученый

  • [28]

    Уиттингем М. Литиевые батареи и катодные материалы.Chem Rev.2004; 104 (10): 4271.

    Артикул Google ученый

  • [29]

    Zhu WH, Zhu Y, Davis Z, Tatarchuk BJ. Энергоэффективность и сохранение емкости Ni – MH аккумуляторов для аккумуляторов. Appl Energy. 2013; 106 (11): 307.

    Артикул Google ученый

  • [30]

    Лу LG, Хан ХБ, Ли Дж.К., Хуа Дж.Ф., Оуян М.Г. Обзор ключевых вопросов управления литий-ионными аккумуляторами в электромобилях.J Источники энергии. 2013; 226 (3): 272.

    Артикул Google ученый

  • [31]

    Ван Х.Л., Цуй Л.Ф., Ян Я.А., Казалонг Х.С., Робинсон Дж.Т., Лян Й.Й, Цуй Й, Дай Х.Дж. Mn 3 O 4 — гибрид графена как анодный материал большой емкости для литий-ионных аккумуляторов. J Am Chem Soc. 2010; 132 (40): 13978.

    Артикул Google ученый

  • [32]

    Тодд ADW, Фергюсон П. П., Флейшауэр, доктор медицины, Дан-младший.Материалы на основе олова как отрицательные электроды для литий-ионных аккумуляторов: комбинаторные подходы и механические методы. Int J Energy Res. 2010; 34 (6): 535.

    Артикул Google ученый

  • [33]

    Сонг М.К., Кэрнс Э.Дж., Чжан Ю. Литий-серные батареи с высокой удельной энергией: старые проблемы и новые возможности. Наноразмер. 2013; 5 (6): 2186.

    Артикул Google ученый

  • [34]

    Manthiram A, Fu Y, Su YS.Проблемы и перспективы литий-серных аккумуляторов. Acc Chem Res. 2013; 46 (5): 1125.

    Артикул Google ученый

  • [35]

    Чой Ю. Дж., Ким К.В., Ан Х.Дж., Ан Дж.Х. Улучшение цикличности серного электрода для литиево-серной батареи. J Сплавы Compd. 2008. 449 (1-2): 313.

    Артикул Google ученый

  • [36]

    Cheon SE, Ko KS, Cho JH, Kim SW, Chin EY, Kim HT.Перезаряжаемый литий-серный аккумулятор-I. Изменение структуры серного катода во время разряда и заряда. J Electrochem Soc. 2003; 150 (6): A796.

    Артикул Google ученый

  • [37]

    Ryu HS, Guo ZP, Ahn HJ, Cho GB, Liu HK. Исследование механизма реакции разряда литиевой серной батареи с вертикальным стержнем и жидким электролитом. J Источники энергии. 2009; 189 (2): 1179.

    Артикул Google ученый

  • org/ScholarlyArticle»> [38]

    Брюс П.Г., Фройнбергер С.А., Хардвик Л.Дж., Тараскон Дж.М.Li – O 2 и Li – S аккумуляторы с высоким накопителем энергии. Nat Mater. 2012; 11 (1): 19.

    Артикул Google ученый

  • [39]

    Руджери С., Ру Л. Корреляция между потребляемой зарядкой и сроком службы MgNi электрода для Ni – MH аккумуляторов. J Источники энергии. 2003. 117 (1-2): 260.

    Артикул Google ученый

  • [40]

    Лю Й, Пан Х, Гао М., Ван К. Усовершенствованные сплавы для хранения водорода для никель-металлгидридных аккумуляторных батарей.J Mater Chem. 2011; 21 (13): 4743.

    Артикул Google ученый

  • org/ScholarlyArticle»> [41]

    Фэн Ф., Northwood DG. Влияние модификации поверхности на характеристики отрицательных электродов в Ni / MH батареях. Int J Hydrogen Energy. 2004; 29 (9): 955.

    Артикул Google ученый

  • [42]

    Руис ФК, Кастро Э.Б., Реал СГ, Перетти Х.А., Визинтин А, Триака, WE. Электрохимическая характеристика сплавов AB 2 , используемых для отрицательных электродов в Ni / MH батареях.Int J Hydrogen Energy. 2008; 33 (13): 3576.

    Артикул Google ученый

  • [43]

    Фэн Ф., Гэн М., Нортвуд Д.О. Электрохимическое поведение гидридов металлов на основе интерметаллидов, используемых в Ni / металлгидридных (MH) батареях: обзор. Int J Hydrogen Energy. 2001; 26 (7): 725.

    Артикул Google ученый

  • org/ScholarlyArticle»> [44]

    Чан СС, Ло ЭВК, Шен У. Модель вычисления доступной мощности на основе искусственной нейронной сети для свинцово-кислотных аккумуляторов в электромобилях.J Источники энергии. 2000; 87 (1): 201.

    Артикул Google ученый

  • [45]

    Чжан К., Лю В., Ма ББ, Мезал М.А., Ли Г.Х., Чжан Р., Лей Л. Сульфат свинца используется как положительный активный материал свинцово-кислотных аккумуляторов. J Solid State Electrochem. 2016; 20 (8): 2267.

    Артикул Google ученый

  • [46]

    Дурр М., Круден А., Гейр С., Макдональд-младший. Динамическая модель свинцово-кислотной батареи для использования в бытовой системе топливных элементов.J Источники энергии. 2006; 161 (2): 1400.

    Артикул Google ученый

  • org/ScholarlyArticle»> [47]

    Коутс Д., Феррейра Э., Чарки А. Улучшенная никель-цинковая батарея для вспомогательных систем желудочков. J Источники энергии. 1997; 65 (1): 109.

    Артикул Google ученый

  • [48]

    Ван GJ, Fu LJ, Zhao NH, Yang LC, Wu YP, Wu HQ. Водная перезаряжаемая литиевая батарея с хорошими характеристиками при езде на велосипеде.Angew Chem Int Ed. 2007. 46 (1-2): 295.

    Артикул Google ученый

  • [49]

    Liu J, Guan C, Zhou C, Fan Z, Ke Q, Zhang G, Liu C, Wang J. Гибкая квазитвердотельная никель-цинковая батарея с высокой мощностью и плотностью мощности на основе 3D-дизайн электродов. Adv Mater. 2016; 28 (39): 8732.

    Артикул Google ученый

  • org/ScholarlyArticle»> [50]

    Ян Б., Ян Чж. Структура и улучшенные электрохимические характеристики наноструктурированного слоистого двойного композита гидроксид-углеродные нанотрубки в качестве нового анодного материала для Ni-Zn аккумуляторных батарей.RSC Adv. 2013; 3 (31): 12589.

    Артикул Google ученый

  • [51]

    Ян Дж.Л., Юань Ю.Ф., Ву Х.М., Ли И, Чен Ю.Б., Го С.Ю. Получение и электрохимические характеристики нанопроволок ZnO в качестве анодных материалов для Ni / Zn аккумуляторных батарей. Electrochim Acta. 2010; 55 (23): 7050.

    Артикул Google ученый

  • [52]

    Ма М., Ту JP, Юань Ю.Ф., Ван XL, Ли К.Ф., Мао Ф., Цзэн З.Й. Электрохимические характеристики нанопластин ZnO в качестве анодных материалов для Ni / Zn аккумуляторных батарей. J Источники энергии. 2008; 179 (1): 395.

    Артикул Google ученый

  • [53]

    Юань Й, Ту Дж, Ву Х. Размер и морфологические эффекты наноматериалов анода ZnO для вторичных батарей Zn / Ni. Нанотехнологии. 2005; 16 (6): 803.

    Артикул Google ученый

  • [54]

    Geng M, Northwood DO. Разработка передовых аккумуляторных батарей Ni / MH и Ni / Zn. Int J Hydrogen Energy.2003; 28 (6): 633.

    Артикул Google ученый

  • [55]

    Сюй Ц., Ляо Дж., Ян Ц., Ван Р, Ву Д, Цзоу П, Лин З, Ли Б, Кан Ф, Вонг С.П. Сверхбыстрая, емкая и долговечная Ni / Zn-батарея на основе никелевой нанопроволочной пленки. Нано Энергия. 2016; 30: 900.

    Артикул Google ученый

  • [56]

    Ху П, Ван Т, Чжао Дж., Чжан Ц., Ма Дж, Ду Х, Ван Х, Цуй Дж.Сверхбыстрый щелочной Ni / Zn аккумулятор на основе нанолистов Ni3S2 на вспененном никеле. Интерфейсы ACS Appl Mater. 2015; 7 (48): 26396.

    Артикул Google ученый

  • [57]

    Fan XM, Yang ZH, Wen RJ, Yang B, Long W. Применение Zn – Al-гидроталькита в качестве нового анодного материала для вторичных элементов Ni – Zn. J Источники энергии. 2013; 224 (4): 80.

    Артикул Google ученый

  • [58]

    Ян Цюй, Лу ЗЙ, Лю Дж.Ф., Лэй XD, Чанг З. , Ло Л, Сунь XM.Наночастицы оксидов и гидроксидов металлов: гидротермальный синтез и применение в качестве суперконденсаторов и нанокатализаторов. Prog Nat Sci. 2013; 23 (4): 351.

    Артикул Google ученый

  • [59]

    Юань CZ, Wu HB, Xie Y, Lou XW. Смешанные оксиды переходных металлов: дизайн, синтез и приложения, связанные с энергетикой. Angew Chem Int Ed. 2014; 53 (6): 1488.

    Артикул Google ученый

  • [60]

    Сюй QS, Чжу Й.Дж., Хуан Л.Г., Ло Дж., Чжан Ц.Дж., Мяо С.К., Е Х.Фаза и частица Ni (OH), легированного Y 2 , полученные из различных источников никеля и количества Na 2 CO 3 . Редкий Met. 2014; 33 (2): 219.

    Артикул Google ученый

  • org/ScholarlyArticle»> [61]

    Kang S, Im Y, Park KS, Cho TW, Jeon J, Chung K, Kang M. Включение ионов Cr в каркас ZnO для стабильных электрохимических характеристик в мембране без щелочного Ni / Zn редокс. Electrochim Acta. 2016; 209: 623.

    Артикул Google ученый

  • [62]

    Джоши Р.К., Шнайдер Дж. Дж.Сборка одномерных неорганических наноструктур в функциональные 2D и 3D архитектуры. Синтез, устройство и функциональность. Chem Soc Rev.2012; 41 (15): 5285.

    Артикул Google ученый

  • [63]

    Wang GP, Zhang L, Zhang JJ. Обзор электродных материалов для электрохимических суперконденсаторов. Chem Soc Rev.2012; 41 (2): 797.

    Артикул Google ученый

  • org/ScholarlyArticle»> [64]

    Чан С.К., Пэн Х.Л., Лю Джи, Макилврат К., Чжан ХФ, Хаггинс Р.А., Цуй Ю.Высокопроизводительные аноды литиевых батарей с использованием кремниевых нанопроволок. Nat Nanotechnol. 2008; 3 (1): 31.

    Артикул Google ученый

  • [65]

    Цао MH, He XY, Chen J, Hu CW. Самособирающиеся трехмерные наноструктуры гидроксида никеля: наноматериал для щелочных аккумуляторных батарей. Cryst Growth Des. 2007; 7 (1): 170.

    Артикул Google ученый

  • [66]

    Li YG, Dai HJ.Последние достижения в области цинково-воздушных батарей. Chem Soc Rev.2014; 43 (15): 5257.

    Артикул Google ученый

  • org/ScholarlyArticle»> [67]

    Yuan YF, Tu JP, Wu HM, Yang YZ, Shi DQ, Zhao XB. Электрохимические характеристики и эволюция морфологии наноразмерного ZnO ​​в качестве анодного материала Ni – Zn аккумуляторов. Electrochim Acta. 2006; 51 (18): 3632.

    Артикул Google ученый

  • [68]

    Гавами Р.К., Рафией З., Табатабаи С.М.Влияние катионных СТАБ и анионных ПАВ SDBS на производительность щелочных батарей Zn – MnO 2 . J Источники энергии. 2007; 164 (2): 934.

    Артикул Google ученый

  • [69]

    Ли Дж.С., Ким С.Т., Цао Р., Чой Н.С., Лю М., Ли К.Т., Чо Дж. Металло-воздушные батареи с высокой плотностью энергии: Li-воздух по сравнению с Zn-воздухом. Adv Energy Mater. 2011; 1 (1): 34.

    Артикул Google ученый

  • org/ScholarlyArticle»> [70]

    Ким Х., Чон Дж., Ким Ю, Ким Дж. Х., Пак К. М., Сон Х. Дж.Металлические аноды для аккумуляторных батарей нового поколения. Chem Soc Rev.2013; 42 (23): 9011.

    Артикул Google ученый

  • [71]

    Юань YF, Li Y, Tao S, Ye FC, Yang JL, Guo SY, Tu JP. Получение и электрохимические характеристики наноразмерного ZnO, модифицированного соединениями Bi, для вторичной ячейки Zn / Ni. Electrochim Acta. 2009; 54 (26): 6617.

    Артикул Google ученый

  • [72]

    Чжэн Ю., Ван Дж. М., Чен Х, Чжан Дж. К., Цао Си.Влияние бария на характеристики вторичного щелочного цинкового электрода. Mater Chem Phys. 2004; 84 (1): 99.

    Артикул Google ученый

  • org/ScholarlyArticle»> [73]

    Yuan YF, Tu JP, Wu HM, Li Y, Shi DQ, Zhao XB. Влияние наноматериалов ZnO, связанных с Ca (OH) 2 , в качестве анодного материала для Ni – Zn аккумуляторов. J Источники энергии. 2006; 159 (1): 357.

    Артикул Google ученый

  • [74]

    Ван С.В., Ян Чж., Цзэн Л.Х.Влияние модификации поверхности In (OH) 3 на электрохимические характеристики цинката кальция. J Electrochem Soc. 2008; 156 (1): A18.

    Артикул Google ученый

  • [75]

    Хуанг Дж., Ян З., Ван Т. Оценка ZnO, модифицированного тетрафенилпорфирином, в качестве анодного материала для Ni-Zn аккумуляторных батарей. Electrochim Acta. 2014; 123 (10): 278.

    Google ученый

  • org/ScholarlyArticle»> [76]

    Ли С.М., Ким Й.Дж., Эом С.В., Чой Н.С., Ким К.В., Чо С.Б.Улучшение саморазряда анода Zn за счет применения модификации поверхности для Zn – воздушных аккумуляторов с высокой плотностью энергии. J Источники энергии. 2013; 227: 177.

    Артикул Google ученый

  • [77]

    Yuan YF, Tu JP, Wu HM, Zhang CQ, Wang SF, Zhao XB. Влияние модификации поверхности Sn 6 O 4 (OH) 4 на электрохимические характеристики ZnO во вторичных ячейках Zn / Ni. J Источники энергии. 2007; 165 (2): 905.

    Артикул Google ученый

  • [78]

    Цзэн Д., Ян З., Ван С., Ni X, Ай Д., Чжан К. Приготовление и электрохимические характеристики ZnO, легированного индием, в качестве материала анода для вторичных элементов Ni – Zn. Electrochim Acta. 2011; 56 (11): 4075.

    Артикул Google ученый

  • [79]

    Ян Б., Ян Чж., Ван Р.Дж. Простой синтез новых двумерных слоистых двойных гидроксидных нанолистов с серебряным покрытием в качестве усовершенствованного анодного материала для Ni-Zn аккумуляторных батарей.J Источники энергии. 2014; 251: 14.

    Артикул Google ученый

  • [80]

    Ян Б., Ян З., Ван Р., Ван Т. Многослойный композит из двойных гидроксидов и углеродных нанотрубок в качестве высокоэффективного анодного материала для никель-цинковых вторичных батарей. Electrochim Acta. 2013; 111 (6): 581.

    Артикул Google ученый

  • org/ScholarlyArticle»> [81]

    Fan XM, Yang ZH, Long W, Zhao ZY, Yang B. Приготовление и электрохимические характеристики In (OH) 3 Zn – Al-гидроталькит с покрытием в качестве анодного материала для вторичного Zn – Ni клетка.Electrochim Acta. 2013; 92: 365.

    Артикул Google ученый

  • [82]

    Паркер Дж. Ф., Нельсон Э. С., Ваттендорф, Мэриленд, Червин С. Н., Лонг Дж. В., Ролисон ДР. Сохранение трехмерного каркаса анодов из цинковой губки при глубоком разряде в Zn-воздушных ячейках. Интерфейсы ACS Appl Mater. 2014; 6 (22): 19471.

    Артикул Google ученый

  • [83]

    Ван Р.Дж., Ян Чж., Ян Б., Ван Т.Т., Чу Чж. Превосходная стабильность цикла и высокая производительность Zn – Al – In-гидроталькита в качестве материала отрицательного электрода для Ni – Zn аккумуляторных батарей. J Источники энергии. 2014; 251: 344.

    Артикул Google ученый

  • [84]

    Хуанг Дж. Х., Ян Чж., Ван Р. Дж., Чжан З., Фэн З. Б., Се ХЕ. Слоистые двойные оксиды Zn – Al как высокоэффективные анодные материалы для вторичных батарей на основе цинка. J Mater Chem A. 2015; 3 (14): 7429.

    Артикул Google ученый

  • [85]

    Ван Т.Т., Ян Чж., Ян Б., Ван Р.Дж., Хуанг Дж.Х. Электрохимические характеристики Zn – Sn – Al-гидроталькитов во вторичных ячейках Zn – Ni.J Источники энергии. 2014; 257 (3): 174.

    Артикул Google ученый

  • [86]

    Лонг Дж, Ян Чж, Цзэн Х, Хуанг Дж. Новый класс нанокомпозитов слоистых двойных оксидов Zn – Al – Bi: большая обратимая емкость и улучшенные циклические характеристики щелочных вторичных батарей. RSC Adv. 2016; 6 (95): 92896.

    Артикул Google ученый

  • [87]

    Ван Р, Ян З, Ян Б., Фан Х, Ван Т.Новый метод спиртово-термического синтеза материалов отрицательных электродов цинката кальция для Ni – Zn аккумуляторных батарей. J Источники энергии. 2014; 246 (3): 313.

    Артикул Google ученый

  • [88]

    Moser F, Fourgeot F, Rouget R, Crosnier O, Brousse T. Исследование дифракции рентгеновских лучей на месте цинкового электрода в Ni – Zn вторичных батареях. Electrochim Acta. 2013; 109 (11): 110.

    Артикул Google ученый

  • org/ScholarlyArticle»> [89]

    Ли Ш., Йи Ч.В., Ким К.Характеристики и электрохимические характеристики анода из ZnO с покрытием TiO 2 для Ni – Zn аккумуляторных батарей. J. Phys Chem C. 2011; 115 (5): 2572.

    Артикул Google ученый

  • [90]

    Zhao T, Shangguan E, Li Y, Li J, Chang Z, Li Q, Yuan XZ, Wang H. Легкий синтез микросфер ZnO с высокой плотностью ударов в качестве усовершенствованного анодного материала для щелочных никель-цинковых аккумуляторных батарей . Electrochim Acta. 2015; 182: 173.

    Артикул Google ученый

  • [91]

    Хохбаум А.И., Ян П.Д.Полупроводниковые нанопроволоки для преобразования энергии. Chem Rev.2010; 110 (1): 527.

    Артикул Google ученый

  • org/ScholarlyArticle»> [92]

    Ян GW, Xu CL, Li HL. Электроосаждение гидроксида никеля на пеноникеле со сверхвысокой емкостью. Chem Commun. 2008; 48: 6537.

    Артикул Google ученый

  • [93]

    Ван К., О’Хара Д. Последние достижения в синтезе и применении нанолистов из слоистого двойного гидроксида (СДГ).Chem Rev.2012; 112 (7): 4124.

    Артикул Google ученый

  • [94]

    Мурешан Л., Маурин Дж., Оничиу Л., Аврам С. Влияние добавок на электрохимическое извлечение цинка из промышленных отходов. Гидрометаллургия. 1996; 40 (3): 335.

    Артикул Google ученый

  • [95]

    Гу П. , Паскуаль Р., Ширханзаде М., Саймото С., Скотт Дж. Влияние интерметаллических осадков подложки из алюминия на электроосаждение цинка.Гидрометаллургия. 1995; 37 (3): 267.

    Артикул Google ученый

  • [96]

    Лю Й.З., Ян Чж., Се ХЕ, Хуанг Дж. Х., Вэнь Х. Слоистые двойные оксидные наночастицы, полученные из слоистых двойных гидроксидов: получение, свойства и применение в цинк-никелевых вторичных батареях. Electrochim Acta. 2015; 185: 190.

    Артикул Google ученый

  • [97]

    Шайган Н., Ку В., Такеда Т.Контроль морфологии электроосажденного цинка из щелочных растворов цинката для аккумуляторных цинково-воздушных батарей. ECS Trans. 2010; 28 (32): 35.

    Артикул Google ученый

  • org/ScholarlyArticle»> [98]

    Adler TC, McLarnon FR, Cairns EJ. Исследования нового семейства щелочно-фторидно-карбонатных электролитов для цинк-оксидно-никелевых элементов. Ind Eng Chem Res. 1998; 37 (8): 3237.

    Артикул Google ученый

  • [99]

    Mclarnon FR, Cairns EJ.Вторичный щелочной цинковый электрод. J Electrochem Soc. 1991; 138 (2): 355.

    Артикул Google ученый

  • [100]

    Дзецуч М.А., Гупта Н., Вроблова Х.С. Аккумуляторные элементы с модифицированными катодами MnO 2 . J Electrochem Soc. 1988; 135 (10): 2415.

    Артикул Google ученый

  • [101]

    Lan CJ, Lee CY, Chin TS. Гидроксиды тетраалкиламмония как ингибиторы дендрита цинка во вторичных батареях на основе цинка.Electrochim Acta. 2007; 52 (17): 5407.

    Артикул Google ученый

  • [102]

    Эйн-Эли Й, Ауинат М. Поведение металлического цинка в щелочном растворе, содержащем органические ингибиторы. J Electrochem Soc. 2003; 150 (12): A1606.

    Артикул Google ученый

  • [103]

    Баник С.Дж., Аколкар Р. Подавление роста дендритов во время щелочного электроосаждения цинка с использованием добавки полиэтиленимина.Electrochim Acta. 2015; 179: 475.

    Артикул Google ученый

  • [104]

    Сюй М. , Айви Д.Г., Ку В., Се З. Изучение механизма электроосаждения бездендритного цинка в щелочном электролите, модифицированном дицианамидом 1-этил-3-метилимидазолия. J Источники энергии. 2015; 274: 1249.

    Артикул Google ученый

  • [105]

    Баник С.Дж., Аколкар Р. Подавление роста дендритов во время электроосаждения цинка добавкой ПЭГ-200.J Electrochem Soc. 2013; 160 (11): D519.

    Артикул Google ученый

  • [106]

    Шивкумар Р., Калайнян Г.П., Васудеван Т. Влияние добавок на цинковые электроды в системах щелочных батарей. J Источники энергии. 1995; 55 (1): 53.

    Артикул Google ученый

  • org/ScholarlyArticle»> [107]

    Hu CC, Chang CY. Анодное удаление цинковых отложений для водных аккумуляторов: влияние анионов, добавок, плотности тока и режимов покрытия.Mater Chem Phys. 2004; 86 (1): 195.

    Артикул Google ученый

  • [108]

    Чжан XG. Вторичные батареи-цинковые системы. Цинковые электроды: обзор. Энцикл Электрохимические источники энергии. 2009; 15 (7): 454.

    Артикул Google ученый

  • [109]

    Cheng HH, Tan CS. Снижение концентрации CO 2 в батарее цинк / воздух путем абсорбции во вращающемся насадочном слое.J Источники энергии. 2006; 162 (2): 1431.

    Артикул Google ученый

  • org/ScholarlyArticle»> [110]

    Мун К.М., Ли М.Х., Ким К.Дж., Пак К.В. Влияние добавок на коррозионную стойкость цинкового электрода в системе щелочных батарей. Met Mater Int. 2005; 11 (3): 221.

    Артикул Google ученый

  • [111]

    Li LF. Нетоксичный щелочной электролит с добавками для цинковых аккумуляторов.Патент США. 201000623327.2010.

  • [112]

    Ли CW, Сатиянараян К., Эом С.В., Ким Х.С., Юн М.С. Новое электрохимическое поведение цинковых анодов в цинково-воздушных батареях в присутствии добавок. J Источники энергии. 2006; 159 (2): 1474.

    Артикул Google ученый

  • [113]

    Aaboubi O, Douglade J, Abenaqui X, Boumedmed R, VonHoff J. Влияние винной кислоты на электроосаждение цинка из сульфатной ванны. Electrochim Acta.2011; 56 (23): 7885.

    Артикул Google ученый

  • [114]

    Майнар А.Р., Леонет О., Бенгоэча М., Бояно I, Меатза I, Кваша А., Герфи А., Бласкес Дж. Щелочные водные электролиты для вторичных цинково-воздушных батарей: обзор. Int J Energy Res. 2016; 40 (8): 1032.

    Артикул Google ученый

  • [115]

    Лю З., Цуй Т., Пуллетикурти Дж., Лахири А., Карстенс Т., Ольшевски М., Эндрес Ф.Бездендритное электроосаждение нанокристаллического цинка из ионной жидкости, содержащей трифлат никеля, для аккумуляторных батарей на основе цинка. Angew Chem Int Ed. 2016; 55 (8): 2889.

    Артикул Google ученый

  • org/ScholarlyArticle»> [116]

    Jorné J, Adler TC, Cairns EJ. Визуальные наблюдения за ранними изменениями формы в ячейке из оксида цинка / никеля. J Electrochem Soc. 1995; 142 (3): 771.

    Артикул Google ученый

  • [117]

    Мохамад А.А., Мохамед Н.С., Яхья МЗА, Осман Р., Рамеш С., псевдоним Y, Ароф А.К.Исследование ионной проводимости щелочного твердого полимерного электролита на основе поливинилового спирта и его использование в никель-цинковых элементах. Ионика твердого тела. 2003. 156 (1-2): 171.

    Артикул Google ученый

  • [118]

    Ивакура С., Мураками Х., Нохара С., Фурукава Н., Иноуэ Х. Зарядно-разрядные характеристики никелево-цинковой батареи с полимерным гидрогелевым электролитом. J Источники энергии. 2005; 152 (1): 291.

    Артикул Google ученый

  • [119]

    Шао М.Ф., Чжан Р.К., Ли Чж, Вэй М., Эванс Д.Г., Дуан Х.Слоистые двойные гидроксиды для электрохимического накопления и преобразования энергии: дизайн, синтез и применение. Chem Commun. 2015; 51 (88): 15880.

    Артикул Google ученый

  • [120]

    He WX, Zhang YQ, Liang QQ, Jiang WQ, Sun HF. Гидротермальный синтез и характеристика наночастиц гидроксида никеля. Редкий Met. 2015; 34 (9): 667.

    Артикул Google ученый

  • [121]

    Ватанабэ К., Кикуока Т., Кумагаи Н.Физические и электрохимические характеристики гидроксида никеля как положительного материала для аккумуляторных щелочных батарей. J Appl Electrochem. 1995; 25 (3): 219.

    Артикул Google ученый

  • [122]

    He XM, Pu WH, Cheng HW, Jiang CY, Wan CR. Гранулирование наноразмерных катодных материалов Ni (OH) 2 для мощных Ni – MH аккумуляторов. Energy Convers Manag. 2006; 47 (13): 1879.

    Артикул Google ученый

  • [123]

    Джаяшри Р.С., Камат П.В.Слоистые двойные гидроксиды Ni с Cr и Mn в качестве электродных материалов для щелочных вторичных элементов. J Источники энергии. 2002; 107 (1): 120.

    Артикул Google ученый

  • [124]

    Gong M, Li Y, Zhang H, Zhang B, Zhou W, Feng J, Wang H, Liang Y, Fan Z, Liu J, Dai H. Сверхбыстрый NiZn аккумулятор большой емкости со слоем NiAlCo двойной гидроксид. Energy Environ Sci. 2014; 7 (6): 2025.

    Артикул Google ученый

  • [125]

    Zhi MJ, Xiang CC, Li JT, Li M, Wu NQ.Наноструктурированные композитные электроды на основе оксида углерода и металла для суперконденсаторов: обзор. Наноразмер. 2013; 5 (1): 72.

    Артикул Google ученый

  • [126]

    Yu GH, Xie X, Pan LJ, Bao ZN, Cui Y. Гибридные наноструктурированные материалы для высокоэффективных электрохимических конденсаторов. Нано Энергия. 2013; 2 (2): 213.

    Артикул Google ученый

  • [127]

    Гуань Ц. , Лю Дж. П., Ченг Ч.В., Ли Х. Х, Ли XL, Чжоу В. В., Чжан Х., Фань Х. Дж.Гибридная структура нанопроволоки монооксида кобальта @ наночешки гидроксиднитрата никеля, выровненных на пене никеля, для высокоскоростного суперконденсатора. Energy Environ Sci. 2011; 4 (11): 4496.

    Артикул Google ученый

  • [128]

    Zhou WJ, Cao XH, Zeng ZY, Shi WH, Zhu YY, Yan QY, Liu H, Wang JY, Zhang H. Одностадийный синтез Ni 3 S 2 наностержень @ Ni (OH) 2 нанолистовые наноструктуры ядро-оболочка на трехмерной графеновой сетке для высокопроизводительных суперконденсаторов.Energy Environ Sci. 2013; 6 (7): 2216.

    Артикул Google ученый

  • [129]

    Лай XY, Халперт Дж., Ван Д. Последние достижения в области микро- и наноструктурированных полых сфер для энергетических приложений: от простых до сложных систем. Energy Environ Sci. 2012; 5 (2): 5604.

    Артикул Google ученый

  • [130]

    Цао Штаб, Чжэн Х., Лю К.Й., Уорнер Дж. Х. Биоинспирированные пионоподобные наноструктуры β-Ni (OH) 2 с повышенной электрохимической активностью и супергидрофобностью.ХимФисХим. 2010; 11 (2): 489.

    Артикул Google ученый

  • [131]

    Zhang WK, Xia XH, Huang H, Gan YP, Wu JB, Tu JP. Свойства высокоскоростного разряда композита гидроксид никеля / углерода в качестве положительного электрода для Ni / MH аккумуляторов. J Источники энергии. 2008; 184 (2): 646.

    Артикул Google ученый

  • org/ScholarlyArticle»> [132]

    Лу ЗЙ, Ву XC, Лей XD, Ли Ю.П., Сан XM. Иерархические материалы наномассивов для современных никель-цинковых аккумуляторов.Неорг Хим Фронт. 2015; 2 (2): 184.

    Артикул Google ученый

  • [133]

    Юн Ю.Х., Донг З.Г., Шанов В.Н., Шульц М.Дж. Измерение электрохимического импеданса клеток рака простаты с использованием электродов из массива углеродных нанотрубок в микрофлюидном канале. Нанотехнологии. 2007; 18 (46): 5721.

    Артикул Google ученый

  • [134]

    Лю Ф, Пяо И, Чой К.С., Сео Т.С. Изготовление отдельно стоящих композитных пленок графена в качестве электрохимических биосенсоров.Углерод. 2012; 50 (1): 123.

    Артикул Google ученый

  • org/ScholarlyArticle»> [135]

    Шэн К.Л., Ван М.З., Чжэн Дж.Б. Новый биосенсор перекиси водорода, основанный на ферментативно индуцированном осаждении полианилина на функционализированных гибридных материалах графен-углеродные нанотрубки. Актуаторы Sens B Chem. 2011; 160 (1): 1070.

    Артикул Google ученый

  • [136]

    Лю Дж., Чен М., Чжан Л., Цзян Дж., Янь Дж., Хуан И, Лин Дж., Фань Х. Дж., Шен З. X.Гибкая щелочная перезаряжаемая батарея Ni / Fe на основе гибридной пленки графеновая пена / углеродные нанотрубки. Nano Lett. 2014; 14 (12): 7180.

    Артикул Google ученый

  • Сверхбыстрый NiZn аккумулятор большой емкости с двойным гидроксидом NiAlCo

    Высокопроизводительные, недорогие, безопасные и экологически чистые батареи важны для портативной электроники и электромобилей. Здесь мы синтезировали NiAlCo-слоистые двойные гидроксидные (LDH) нанопластинки, прикрепленные к углеродным нанотрубкам с небольшими стенками (NiAlCo LDH / CNT) в качестве катодного материала аккумуляторной батареи NiZn в водных щелочных электролитах.Гидроксид никеля α-фазы с ультратонкой морфологией и сильным взаимодействием с нанотрубками дает катод с высокой емкостью ∼354 мА ч г -1 и ∼ 278 мА ч г -1 при плотностях тока 6,7 А г. −1 и 66,7 A g −1 соответственно. Совместное легирование Al и Co является уникальным для стабилизации гидроксида никеля в α-фазе с небольшой потерей емкости ∼6% за 2000 циклов заряда и разряда при 66,7 A g -1 .Перезаряжаемые сверхбыстрые NiZn-батареи с катодом NiAlCo LDH / CNT и цинковым анодом могут обеспечивать напряжение элемента ∼1,75 В, плотность энергии ∼274 Вт · ч кг −1 и удельную мощность ∼16 кВт · кг −1 (на основе активных материалов) со временем зарядки <1 минуты. Результаты открывают возможность сверхбыстрых и безопасных батарей с высокой плотностью энергии.

    У вас есть доступ к этой статье

    Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуйте еще раз? .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *