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美國能源部DOE為儲能聯合研究中心續投1.2億美元研發液流電池材料

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2019年01月04日  

近日,美國能源部(DOE)宣布將在未來五年內為儲能聯合研究中心(JCESR)第二期投入1.2億美元,以推進電池科學和技術研究開發。未來五年,阿貢國家實驗室領導的JCESR將基于對材料原子和分子級別理論認知,采用“自下而上”模式開發用于不同電池的新型材料。其目標是設計和開發超出當前鋰離子電池容量的多價化學電池,并研究用于電網規模儲能的液流電池新概念。

本文來源:先進能源科技戰略情報研究中心微信號ID:CASEnergy

JCESR將在五個方向進行重點研究以實現這些目標,包括:

液體溶劑化科學,重點研究內容包括:(1)靜置狀態溶劑化殼的平衡結構;(2)液體溶劑化對電荷界面和充電狀態等擾動的動態響應。該研究主要基于JCESR之前五年在電解質基因組中引入并開發的有機分子模擬,以及界面處溶劑化和去溶劑化現象的原位表征。

固體溶劑化科學,開發所有固體電解質的溶劑籠機理,重點內容包括:(1)柔性溶劑籠,如膜和聚合物;(2)硬質脆性溶劑籠,如玻璃和水晶。該研究將大量借鑒JCESR之前五年通過材料項目開發的晶體模擬技術,并將進行原位X射線分析、核磁共振和傳輸研究。固體的固定溶劑籠概念能夠與液體中的流動溶劑化殼相比較,從這個角度來看,液體電解質是固體電解質中柔性溶劑籠的終極。

流動性氧化還原科學,自下而上構建新型氧化還原劑,將新型構造的原子和分子結合起來,實現更高工作電壓、更高移動性、更長壽命、更高安全性和更低成本。重點內容包括:(1)變革性新型氧化還原劑設計;(2)引入智能、響應和再生特性。該研究通過開發氧化還原活性聚合物或氧化還原劑,為JCESR之前五年提出的液流電池新概念奠定分子基礎。

動態界面的電荷轉移,結合計算機模擬和界面結構原位表征技術,預測和合成具有電極保護、選擇性離子電導率和高穩定性的新界面。重點研究內容包括:(1)了解相鄰電極和電解質組成的自發界面的演變過程;(2)研究界面定向生長以達到特定性能標準。

材料復雜性科學,通過計算機模擬缺陷晶體和長程無序玻璃,并在表征中研究如何控制材料缺陷濃度及無序程度。重點研究內容包括:(1)設計缺陷和無序材料以實現目標性能;(2)指導合成以實現目標缺陷濃度和無序程度。

編者按:JCESR是DOE最重要的儲能技術研究中心之一,于2012年12月成立,匯集了多個學科和十幾個領先實驗室及高校的頂級專家,以解決儲能領域的一系列重大科學挑戰。在成立的前五年中,JCESR取得了一系列的研究成果,包括:示范了一種用于液流電池的新型隔膜;在用雙電荷鎂代替單電荷鋰的電池科學基礎方面取得了實質性進展;開發了計算工具,利用該工具篩選出了超過24000種潛在的電解質和電極化合物,用于新的電池概念和化學品。此外,該中心還產出了380多篇經過同行評審的論文,申請了100多項發明專利,成立了三家初創公司。

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