第八章“三明治電池”—鈉離子電池材料《儲(chǔ)能功能材料》目錄引言一鈉離子電池儲(chǔ)能原理二鈉離子電池材料分類三鈉離子電池應(yīng)用四目錄引言一鈉離子電池儲(chǔ)能原理二鈉離子電池材料分類三鈉離子電池應(yīng)用四鈉與鋰同屬于堿金屬元素，性質(zhì)相似，均可用作二次電池的金屬離子載體。鈉離子電池的工作原理與鋰離子電池也十分相近，都遵循脫嵌式的工作原理，通過(guò)鈉離子在正、負(fù)極間遷移實(shí)現(xiàn)充放電過(guò)程鈉離子電池具有原料來(lái)源豐富、成本低廉、倍率性能優(yōu)異以及無(wú)過(guò)放電問(wèn)題等優(yōu)勢(shì)，是規(guī)模儲(chǔ)能的理想選擇之一引言鈉離子電池在未來(lái)的大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用中具有巨大潛力[1]/sys-pd/312.html[2]/本章從鈉離子電池的儲(chǔ)能原理出發(fā)，對(duì)鈉離子電池的正極材料、負(fù)極材料、電解質(zhì)材料和隔膜材料的分類及特點(diǎn)逐一展開(kāi)介紹，幫助讀者較為系統(tǒng)地學(xué)習(xí)鈉離子電池材料儲(chǔ)能原理、分類以及應(yīng)用引言目錄引言一鈉離子電池儲(chǔ)能原理二鈉離子電池材料分類三鈉離子電池應(yīng)用四鈉離子電池主要由以下幾個(gè)核心部分組成：正極、負(fù)極、電解質(zhì)以及隔膜。這些組件共同協(xié)作，確保了電池的高效、安全運(yùn)行正極與負(fù)極：鈉離子電池的正負(fù)極材料分別為Na+的嵌入與脫嵌脫出提供點(diǎn)位，從而實(shí)現(xiàn)了電池的充放電功能。在電池充放電過(guò)程中，正負(fù)極材料需要具備良好的離子導(dǎo)電性和電子導(dǎo)電性，以保證Na+的高效傳輸和電子的快速收集電解質(zhì)：電解質(zhì)是Na+在電池中傳輸?shù)拿浇?，需要具備良好的離子導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性，以確保Na+在充放電過(guò)程中的高效傳輸和電池的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行隔膜：隔膜是位于正負(fù)極之間防止電池短路的重要結(jié)構(gòu)。隔膜需具備較好的選擇透過(guò)性，允許Na+離子通過(guò)，但阻止電子通過(guò)，以確保電池的安全運(yùn)行鈉離子電池儲(chǔ)能原理[1]EVS-20,NOV.15.19,2003,LongBeach,California鈉離子電池組成充電過(guò)程中，Na+從正極材料的晶格中脫出，通過(guò)電解液穿過(guò)隔膜并嵌入負(fù)極材料的晶格中，同時(shí)電子通過(guò)外電路從正極流向負(fù)極，使正極處于高電勢(shì)的貧鈉態(tài)，負(fù)極處于低電勢(shì)的富鈉態(tài)[1]ChemicalReviews,2014,114(23):11636-11682.鈉離子電池工作原理放電過(guò)程則相反，Na+從負(fù)極材料的晶格中脫出，通過(guò)電解液穿過(guò)隔膜嵌入正極材料的晶格中，同時(shí)電子通過(guò)外電路從負(fù)極流向正極，使正極恢復(fù)到富鈉態(tài)。在充放電過(guò)程中，大量電子通過(guò)外電路在兩極間傳遞，維持了兩極電荷的平衡，實(shí)現(xiàn)了電池的電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換正極反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)電池反應(yīng)鈉離子電池工作原理示意圖鈉離子電池儲(chǔ)能原理目錄引言一鈉離子電池儲(chǔ)能原理二鈉離子電池材料分類三鈉離子電池應(yīng)用四鈉離子電池材料分類-正極材料[1]/wp-content/uploads/正極材料直接影響電池的工作電壓和比容量與鋰離子電池類似，鈉離子電池的正極材料同樣由粉體涂覆層和集流體構(gòu)成，區(qū)別在于鈉離子電池的正極除了包括常規(guī)的跟鋰電類似的層狀氧化物，聚陰離子化合物等，還包括普魯士藍(lán)等正極材料鈉離子電池正極的活性物質(zhì)起到提供鈉源的作用常見(jiàn)的正極材料包括氧化物正極材料、聚陰離子型正極材料及其他正極材料正極材料正極材料-氧化物正極材料氧化物正極材料根據(jù)結(jié)構(gòu)主要可分為層狀結(jié)構(gòu)氧化物和隧道結(jié)構(gòu)氧化物[1]AppliedEnergy,2020,276:115464.層狀結(jié)構(gòu)氧化物正極材料是鈉離子電池常用的正極材料之一。層狀結(jié)構(gòu)氧化物結(jié)構(gòu)通式為NaxMO2，其中M為過(guò)渡金屬元素的一種或多種組合，其層狀結(jié)構(gòu)為鈉離子提供了脫嵌的通道，是實(shí)現(xiàn)電池充放電功能的關(guān)鍵。大部分層狀氧化物材料容易吸水或與空氣中的其他成分發(fā)生反應(yīng)，會(huì)對(duì)材料的穩(wěn)定性和電化學(xué)性能產(chǎn)生一定影響，因此不適合長(zhǎng)期暴露于空氣中層狀結(jié)構(gòu)氧化物正極晶體結(jié)構(gòu)示意圖鈉離子電池材料分類-正極材料層狀結(jié)構(gòu)氧化物正極材料氧化物正極材料正極材料-隧道型氧化物正極材料[1]Naturecommunications,2015,6(1):6401.與層狀氧化物相比，隧道結(jié)構(gòu)氧化物正極材料結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，為Na+提供了豐富的嵌入和脫嵌脫出路徑，具備優(yōu)異的倍率性能，且不易與水和空氣發(fā)生反應(yīng)，穩(wěn)定性較好這類材料在充電過(guò)程中比容量較低鈉離子電池材料分類-正極材料氧化物正極材料正極材料-聚陰離子正極材料聚陰離子類化合物一般可表示為NaxMy(XaOb)zZw，其中，M為Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ca、Mg、Al和Nb等元素中的一種或幾種；X為Si、S、P、As、B、Mo、W和Ge等；Z為F和OH等聚陰離子正極材料通常展現(xiàn)出良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，在反復(fù)的充放電過(guò)程中，其結(jié)構(gòu)框架能保持相對(duì)穩(wěn)定，不易發(fā)生形變或崩塌，從而保證了電池的長(zhǎng)循環(huán)壽命和穩(wěn)定性[1]ActaPhys.Chim.Sin,2020,36(1600275):10.1002.鈉離子電池材料分類-正極材料磷酸鹽聚陰離子正極材料磷酸鹽類化合物主要包括橄欖石結(jié)構(gòu)磷酸鹽、NASICON型結(jié)構(gòu)磷酸鹽、焦磷酸鹽和氟化磷酸鹽橄欖石結(jié)構(gòu)磷酸鹽：化學(xué)式為NaMPO4。以橄欖石結(jié)構(gòu)磷酸鹽作為正極材料時(shí)，在充放電過(guò)程中Na+能夠在不破壞主體結(jié)構(gòu)的前提下很容易地脫出氟化磷酸鹽：化學(xué)式為Na2MPO4F，其中M為Fe、Co、Mn等過(guò)渡金屬元素。氟化磷酸鹽中的部分氧原子被大電負(fù)性的原子（N、F）取代，因此氟化磷酸鹽的氧化還原電勢(shì)高于磷酸鹽[1]ActaPhys.Chim.Sin,2020,36(1600275):10.1002.[2]ActaPhys.Chim.Sin.,2020,36:1905018.鈉離子電池材料分類-正極材料磷酸鹽聚陰離子正極材料NASICON型結(jié)構(gòu)磷酸鹽：化學(xué)式為Na3M2(PO4)3。這種材料通常具有較高的鈉離子擴(kuò)散系數(shù)，提高了電池的充放電效率和循環(huán)穩(wěn)定性。其中，Na3V2(PO4)3是一種常見(jiàn)的NASICON型結(jié)構(gòu)磷酸鹽化合物，具有高穩(wěn)定、高電壓和高離子電導(dǎo)等優(yōu)良特性，但電子電導(dǎo)率較低，可采用碳包覆等方法對(duì)材料進(jìn)行改性提升[1]ActaPhys.Chim.Sin,2020,36(1600275):10.1002.[2]儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù),2020,9(05):1284-1299.鈉離子電池材料分類-正極材料磷酸鹽聚陰離子正極材料焦磷酸鹽：化學(xué)式為Na2MP2O7。焦磷酸鹽正極材料Na2MP2O7包括三斜晶型、四方晶型和單斜晶型等晶體結(jié)構(gòu)，其中單斜結(jié)構(gòu)的焦磷酸鹽呈現(xiàn)出層狀的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，這種層狀結(jié)構(gòu)為Na+的遷移提供了良好的通道，使材料在充放電過(guò)程中能夠保持較高的離子擴(kuò)散速率。四方結(jié)構(gòu)的焦磷酸鹽具有較高的結(jié)構(gòu)對(duì)稱性，物理和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定[1]ActaPhys.Chim.Sin,2020,36(1600275):10.1002.鈉離子電池材料分類-正極材料硫酸鹽聚陰離子正極材料相比磷酸根，硫酸鹽中的硫酸根具有更強(qiáng)的誘導(dǎo)效應(yīng)，能夠使正極材料達(dá)到更高的工作電壓。硫酸鹽類材料大部分來(lái)源于礦物，其通式可以寫成Na2M(SO4)2?2H2O其他聚陰離子正極材料硅酸鹽聚陰離子正極材料：通常為過(guò)渡金屬正硅酸鹽材料，化學(xué)式為Na2MSiO4（M為Fe，Mn），資源豐富且對(duì)環(huán)境無(wú)污染。硼酸鹽聚陰離子正極材料：硼酸鹽正極材料與同為聚陰離子類的磷酸鹽、硫酸鹽和硅酸鹽正極材料相比具有更高的理論比容量。但硼酸鹽聚陰離子材料電子和離子電導(dǎo)率較低、動(dòng)力學(xué)性能較差。鈉離子電池材料分類-正極材料其他正極材料-普魯士藍(lán)類正極材料普魯士藍(lán)類化合物的化學(xué)式通式為Ax[MAMB(CN)6]·nH2O（0≤x≤2），其中A為堿金屬離子（鈉離子、鋰離子和鉀離子等），MA和MB為過(guò)渡金屬離子（鐵離子、鎳離子、銅離子和鈷離子等）普魯士藍(lán)類正極材料以鐵氰化物Ax[MAFe(CN)6]·nH2O為主，相比于氧化物和磷酸鹽具有更好的離子導(dǎo)電性。大的孔道結(jié)構(gòu)也為普魯士藍(lán)類正極材料提供了良好的存儲(chǔ)空間和Na+傳輸能力鐵氰化物正極材料儲(chǔ)鈉機(jī)制示意圖鈉離子電池材料分類-正極材料[1]NanoEnergy,2015,13:117-123.其他正極材料-有機(jī)物正極材料基于有機(jī)物電極材料的電化學(xué)原理，p型摻雜的過(guò)程與電解質(zhì)中的陽(yáng)離子無(wú)關(guān)，改變陽(yáng)離子種類對(duì)其電化學(xué)性質(zhì)影響較小，因此鋰離子電池的p型摻雜電極同樣可適用于鈉離子電池鈉離子電池有機(jī)正極材料具有結(jié)構(gòu)多樣、可持續(xù)利用等特點(diǎn)。有機(jī)正極材料主要可分為陽(yáng)離子嵌入型（如玫棕酸二鈉鹽、二羥基對(duì)苯二甲酸四鈉鹽）和陰離子嵌入型（如聚對(duì)亞苯基、苯胺-硝基苯胺共聚物）鈉離子電池材料分類-正極材料[1]AdvancedFunctionalMaterials,2022,32(4):2107718.[1]/負(fù)極材料鈉離子電池的負(fù)極材料與正極材料相同，在電池充放電過(guò)程中，需要具備良好的離子與電子導(dǎo)電性，從而保證Na+的高效傳輸和對(duì)電子的快速捕獲常見(jiàn)的負(fù)極材料包括碳基負(fù)極材料、合金負(fù)極材料及其他負(fù)極材料鈉離子電池材料分類-負(fù)極材料負(fù)極材料-碳基負(fù)極材料[1]AppliedEnergy,2020,276:115464.鈉離子電池碳基負(fù)極材料包括石墨、無(wú)定形碳、碳納米管和石墨烯等材料。由于結(jié)晶度和碳層排列方式的不同，鈉離子電池碳基負(fù)極材料呈現(xiàn)出不同的物理性質(zhì)和電化學(xué)性質(zhì)等無(wú)定形碳基負(fù)極材料，因具有較高的無(wú)序度而展現(xiàn)出較高的儲(chǔ)鈉比容量、較低的儲(chǔ)鈉電位和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。碳納米管和石墨烯負(fù)極材料主要通過(guò)表面吸附的方式實(shí)現(xiàn)Na+的儲(chǔ)存和釋放，從而完成充放電過(guò)程鈉離子電池材料分類-負(fù)極材料負(fù)極材料-石墨負(fù)極材料[1]AppliedEnergy,2020,276:115464.根據(jù)熱力學(xué)特性，鈉離子與石墨層之間的相互作用較弱，難以形成穩(wěn)定的插層化合物，導(dǎo)致石墨難以直接用作鈉離子電池的負(fù)極材料?？衫免c離子在醚類電解質(zhì)中發(fā)生共嵌入反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)石墨對(duì)鈉離子的存儲(chǔ)以二甘醇二甲醚（diethyleneglycoldimethylether，DEGDME）作為溶劑時(shí)，形成石墨插層化合物的機(jī)制為式中

n=1或2，x=16~22鈉離子電池材料分類-負(fù)極材料負(fù)極材料-無(wú)定形碳負(fù)極材料[1]AdvancedEnergyMaterials,2016,6(18):1600659.[2]高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào),2023,44(5):20220728.無(wú)定形碳材料具有不規(guī)則的層狀排列結(jié)構(gòu)，晶粒微小，含有較多缺陷。通過(guò)石油焦高溫分解制備的無(wú)序軟碳具有儲(chǔ)鈉功能。通過(guò)葡萄糖裂解制備的硬碳材料具有較高的可逆比容量和較低的儲(chǔ)鈉電壓硬碳負(fù)極材料儲(chǔ)鈉機(jī)制示意圖鈉離子電池材料分類-負(fù)極材料[1]/石墨烯較大的比表面積和豐富的表面缺陷為Na+的吸附提供了理想的儲(chǔ)存位點(diǎn)。在鈉離子電池中，石墨烯的充放電曲線呈斜坡?tīng)睿瑹o(wú)明顯電勢(shì)平臺(tái)Na+在石墨烯上的儲(chǔ)存行為類似于表面吸附，儲(chǔ)鈉比容量受制備方法和元素?fù)诫s等因素影響碳納米管儲(chǔ)鈉主要通過(guò)Na+在材料表面或缺陷處的吸附以及與雜原子結(jié)合等方式實(shí)現(xiàn)，具有較好的倍率性能，但碳納米管負(fù)極材料的首周庫(kù)侖效率相對(duì)較低負(fù)極材料-碳納米管負(fù)極材料負(fù)極材料-石墨烯負(fù)極材料鈉離子電池材料分類-負(fù)極材料[1]AppliedEnergy,2020,276:115464.合金負(fù)極材料合金類負(fù)極材料通常指能與金屬鈉形成合金或二元類合金化合物的金屬、準(zhǔn)金屬以及非金屬。這些材料包括第三主族的In、第四主族的Si、Sn、Pb以及第五主族的P、As、Sb、Bi等，能與鈉反應(yīng)形成不同計(jì)量比的合金化產(chǎn)物Na-M（M為Sn、Pb、P、Sb等）充放電過(guò)程電化學(xué)反應(yīng)式合金類材料作為鈉離子電池負(fù)極材料，具有較高的理論比容量、較低的儲(chǔ)鈉電位和良好的導(dǎo)電性等特點(diǎn)，還可避免由金屬鈉產(chǎn)生的枝晶問(wèn)題，提高安全性鈉離子電池材料分類-負(fù)極材料合金負(fù)極材料-錫（Sn）基合金負(fù)極材料[1]AppliedEnergy,2020,276:115464.Sn基合金具備理論比容量高、嵌鈉電位低和成本效益良好等特點(diǎn)。Sn基合金材料的形貌結(jié)構(gòu)會(huì)影響其自身的動(dòng)力學(xué)性能，進(jìn)而影響反應(yīng)的進(jìn)行晶態(tài)的Sn與Na發(fā)生兩相反應(yīng)生成無(wú)定形的NaSn2，隨著Na+的進(jìn)一步嵌入，形成富鈉的無(wú)定形Na9Sn4和Na3Sn。最后，通過(guò)單相轉(zhuǎn)變機(jī)理生成結(jié)晶型的Na15Sn4晶態(tài)Sn與Na發(fā)生兩相反應(yīng)原理示意圖鈉離子電池材料分類-負(fù)極材料合金負(fù)極材料-銻（Sb）基合金負(fù)極材料鈉離子電池材料分類-負(fù)極材料[1]儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù),2024,13(08):2649-2664.Sb基合金是另一種典型的鈉離子電池合金型負(fù)極材料。一個(gè)Sb原子能夠與3個(gè)Na原子結(jié)合，形成穩(wěn)定的Na3Sb合金。在鈉離子電池中，Sb的鈉化電位相對(duì)較低。在嵌鈉過(guò)程中，Sb首先與Na形成無(wú)定形的NaxSb合金，隨后轉(zhuǎn)化為具有立方或六方結(jié)構(gòu)的Na3Sb合金。鈉的脫嵌脫出反應(yīng)則直接由六方Na3Sb合金轉(zhuǎn)化為無(wú)定形Sb合金負(fù)極材料-磷（P）基合金負(fù)極材料鈉離子電池材料分類-負(fù)極材料[1]物理化學(xué)學(xué)報(bào),2021,37(12),2001003.P在自然界中通常以白磷、紅磷和黑磷三種形式存在。紅磷具有良好的電化學(xué)活性，可與Na形成Na3P化合物，但紅磷的導(dǎo)電性差且會(huì)在充放電過(guò)程中產(chǎn)生較大的體積變化，限制了其在鈉離子電池中的應(yīng)用。通過(guò)優(yōu)化材料結(jié)構(gòu)、提高電子電導(dǎo)率和減小體積變化可改善紅磷基合金材料的電化學(xué)性能其他負(fù)極材料-有機(jī)物負(fù)極材料有機(jī)類負(fù)極材料的脫嵌機(jī)制可提高鈉離子遷移速率，有助于提高電池的倍率性能。有機(jī)化合物負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)靈活，可實(shí)現(xiàn)多電子反應(yīng)，進(jìn)而調(diào)節(jié)比容量和氧化還原電勢(shì)鈉離子電池材料分類-負(fù)極材料共軛羰基化合物成本較低、合成方法簡(jiǎn)單、分子結(jié)構(gòu)多樣、晶體結(jié)構(gòu)框架相對(duì)穩(wěn)定，且具有較大的理論比容量和較好的動(dòng)力學(xué)性能。共軛羰基化合物作為鈉離子電池負(fù)極材料，具有龐大的共軛體系和偶數(shù)個(gè)羰基官能團(tuán)（C=O）等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，這些官能團(tuán)在電化學(xué)反應(yīng)中充當(dāng)活性位點(diǎn)，羰基通過(guò)烯醇化反應(yīng)及其逆反應(yīng)參與鈉離子的脫嵌過(guò)程其他負(fù)極材料-共軛羰基化合物負(fù)極材料[1]ACSAppliedMaterials&Interfaces,2022,14(36):40784-40792.根據(jù)官能團(tuán)的種類，共軛羰基化合物主要可分為羧酸鹽類和醌類等。羧酸鹽類，例如對(duì)苯二甲酸二鈉及其衍生物，由于羰基旁邊直接連有供電子基團(tuán)（—ONa），適合作為負(fù)極材料醌類化合物電壓通常高于1V，有利于形成穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面膜（solidelectrolyteinterface，SEI）的形成，并具有較高的比容量。通過(guò)調(diào)整取代基的種類和數(shù)量，可調(diào)控電極材料的電壓和比容量鈉離子電池材料分類-負(fù)極材料其他負(fù)極材料-共軛羰基化合物負(fù)極材料其他負(fù)極材料-席夫堿化合物負(fù)極材料[1]ACSAppliedEnergyMaterials,2022,5(11):13802-13807.[2]ChemSusChem,2022,15(20):e202201310.鈉離子電池材料分類-負(fù)極材料席夫堿化合物是一類含有亞胺或甲亞胺基團(tuán)（—R-C=N—）的有機(jī)化合物，這類化合物對(duì)金屬離子具有較強(qiáng)的絡(luò)合能力，易與多種金屬離子形成穩(wěn)定的配合物。相較于羰基基團(tuán)，席夫堿化合物的甲亞胺基團(tuán)展現(xiàn)出更高的還原傾向，在鈉離子電池負(fù)極材料中展現(xiàn)出獨(dú)特的應(yīng)用潛力。其他負(fù)極材料-轉(zhuǎn)化型負(fù)極材料[1]Advancedmaterials,2017,29(48):1700606.轉(zhuǎn)化型負(fù)極材料包括過(guò)渡金屬氧化物、過(guò)渡金屬硫/硒化物和過(guò)渡金屬磷化物等轉(zhuǎn)化反應(yīng)涉及一種或多種化學(xué)轉(zhuǎn)化，根據(jù)過(guò)渡金屬不同，伴隨的轉(zhuǎn)化反應(yīng)可能發(fā)生脫嵌或合金/去合金化過(guò)程轉(zhuǎn)化型負(fù)極材料具有成本低、理論容量高的優(yōu)勢(shì)，在鈉離子電池負(fù)極領(lǐng)域具有應(yīng)用價(jià)值鈉離子電池材料分類-負(fù)極材料其他負(fù)極材料-過(guò)渡金屬氧化物負(fù)極材料[1]JournalofTheElectrochemicalSociety,2021,168(5):050524.過(guò)渡金屬氧化物主要包括鐵氧化物（如Fe3O4、Fe2O3）、鈷氧化物（如Co3O4）、錫氧化物（如SnO、SnO2）、銅氧化物（如CuO）、鉬氧化物（如MoO2、MoO3）、鎳氧化物（如NiO）、錳氧化物（如M3O4）和二元氧化物。鈉離子電池材料分類-負(fù)極材料其他負(fù)極材料-過(guò)渡金屬氧化物負(fù)極材料在過(guò)度金屬氧化物MxOy中，當(dāng)M為電化學(xué)非活性元素時(shí)（如Fe、Co、Ni和Cu），在電化學(xué)反應(yīng)中，這些氧化物進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)：鈉離子電池材料分類-負(fù)極材料當(dāng)M為電化學(xué)活性元素時(shí)（如S和Sb)，這類物質(zhì)先進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)，然后再進(jìn)行合金化反應(yīng)：其他負(fù)極材料-過(guò)渡金屬硫/硒化物負(fù)極材料與過(guò)渡金屬氧化物相比，過(guò)渡金屬硫/硒化物在鈉化脫鈉過(guò)程中有較大優(yōu)勢(shì)，M-S鍵比M-O鍵弱，有利于Na+的轉(zhuǎn)化反應(yīng)。在脫嵌過(guò)程中，Na2S的可逆性比Na2O好，其體積變化相對(duì)較小，首周庫(kù)侖效率較高，過(guò)渡金屬硫/硒化物可改善力學(xué)穩(wěn)定性鈉離子電池材料分類[1]Advancedmaterials,2017,29(48):1700606.[1]EnergyStorageMaterials,2022,46:175-181.電解質(zhì)材料電解質(zhì)是一種負(fù)責(zé)離子傳輸?shù)慕橘|(zhì)。電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率、黏度、界面性質(zhì)、等性質(zhì)對(duì)電池的性能有重要影響鈉離子電池電解質(zhì)主要可分為液體電解質(zhì)、半固體凝膠電解質(zhì)和固體電解質(zhì)鈉離子電池材料分類-電解質(zhì)材料電解質(zhì)材料-液體電解質(zhì)[1]ACSEnergyLetters,2020,5(4):1156-1158.[2]ACSAppliedMaterials&Interfaces,2021,13(37):44254-44265.鈉離子電池電解液由有機(jī)溶劑、鈉鹽和添加劑構(gòu)成，共同決定電解液的性質(zhì)鈉離子電池材料分類液體電解質(zhì)-液體電解質(zhì)有機(jī)溶劑材料[1]Energy&EnvironmentalScience,2022,15(8):3360-3368.碳酸酯類電解質(zhì)有機(jī)溶劑材料：主要包括環(huán)狀碳酸酯和鏈狀碳酸酯兩類，環(huán)狀碳酸酯的介電常數(shù)遠(yuǎn)高于鏈狀碳酸酯，還具有更高的黏度。環(huán)狀碳酸酯主要包括碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯。碳酸乙烯酯的熱穩(wěn)定性好，介電常數(shù)高，黏度較低，是比較合適的溶劑。碳酸丙烯酯的結(jié)構(gòu)與碳酸乙烯酯類似，常溫下為無(wú)色透明液體，具有較寬的液程及較高的介電常數(shù)，是一類理想的鈉離子電池電解液溶劑鈉離子電池材料分類液體電解質(zhì)-液體電解質(zhì)有機(jī)溶劑材料[1]PhysicalChemistryChemicalPhysics,2020,22(39):22768-22777.[2]Small,2023,19(52):2304162.[3]ACSAppliedMaterials&Interfaces,2023,15(7):9517-9523.鏈狀碳酸酯主要包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯及碳酸甲丙酯。鏈狀碳酸酯可與碳酸乙烯酯互溶，其熔點(diǎn)和黏度一般較低，通常和高黏度的環(huán)狀碳酸酯混合使用，可降低電解液黏度、增加離子電導(dǎo)率鈉離子電池材料分類液體電解質(zhì)-液體電解質(zhì)有機(jī)溶劑材料[1]ChemicalSocietyReviews,2022,51(11):4484-4536.醚類電解質(zhì)有機(jī)溶劑：醚類溶劑介電常數(shù)和黏度低、抗氧化性差，醚基基團(tuán)化學(xué)性質(zhì)活潑，醚類溶劑可分為環(huán)狀醚和鏈狀醚環(huán)狀醚主要包括四氫呋喃和1,3-二氧雜環(huán)戊烷。四氫呋喃反應(yīng)活性比較高，具有黏度低和陽(yáng)離子絡(luò)合能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可增強(qiáng)鈉鹽的溶解度，提高電解液的電導(dǎo)率。鏈狀醚主要包括乙二醇二甲醚及其衍生物，可與高介電常數(shù)的溶劑混合使用。鏈狀醚同樣具有黏度低和陽(yáng)離子絡(luò)合能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但沸點(diǎn)較低、易被氧化、易揮發(fā)鈉離子電池材料分類液體電解質(zhì)-液體電解質(zhì)有機(jī)溶劑材料液體電解質(zhì)-液體電解質(zhì)鈉鹽材料[1]ACSnano,2023,17(18):18608-18615.目前滿足需求的鈉鹽可分為無(wú)機(jī)鈉鹽和有機(jī)鈉鹽兩類無(wú)機(jī)鈉鹽主要包括高氯酸鈉（NaClO4）、四氟硼酸鈉（NaBF4）、六氟磷酸鈉（NaPF6）有機(jī)鈉鹽主要有三氟甲基磺酸鈉（NaSO3CF3）和雙三氟甲基磺酰亞胺鈉（NaN(SO2CF3)2）鈉離子電池材料分類[1]ACSAppliedMaterials&Interfaces,2024,16(9):11585-11594.[2]ACSAppliedMaterials&Interfaces,2024,16(9):11585-11594.高氯酸鈉：NaClO4溶解后的溶液電導(dǎo)率較高，陰離子抗氧化能力強(qiáng)，適于高電壓電解液體系。NaClO4與碳基負(fù)極的兼容性較好，產(chǎn)生的SEI膜界面電阻低。但氯元素處于高氧化態(tài)，氧化性比較強(qiáng)，存在安全隱患四氟硼酸鈉：NaBF4中的B-F鍵比較穩(wěn)定，熱穩(wěn)定性好。NaBF4對(duì)溶劑水的耐受力比較強(qiáng)，毒性較小，安全性高于NaClO4。使用NaBF4的電解液一般具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性。但由于BF4-的半徑比較小，與Na+的相互作用較強(qiáng)，在溶劑中較難解離，電解液的離子電導(dǎo)率比較低鈉離子電池材料分類液體電解質(zhì)-液體電解質(zhì)鈉鹽材料[1]AngewandteChemie,2021,133(47):25086-25091.六氟磷酸鈉：NaPF6溶解度高，可溶解于醚、腈、醇、酮及酯類，通常隨溶劑極性增強(qiáng)而溶解度增加。NaPF6易使鋁箔鈍化，可形成穩(wěn)定的鈍化層，與碳基負(fù)極和各類正極材料也都有較好的兼容性三氟甲基磺酸鈉：NaSO3CF3具有更高的抗氧化性、熱穩(wěn)定性以及庫(kù)侖效率。但NaSO3CF3在有機(jī)溶劑中易形成離子對(duì)，不利于Na+的傳輸，所制備的電解液一般電導(dǎo)率較低。NaSO3CF3易腐蝕鋁集流體，陰離子在較低電勢(shì)下會(huì)與鋁發(fā)生反應(yīng)，不能形成穩(wěn)定的鈍化層鈉離子電池材料分類液體電解質(zhì)-液體電解質(zhì)鈉鹽材料[1]/[2]/雙三氟甲基磺酰亞胺鈉：NaN(SO2CF3)2使用雙三氟甲基磺酰亞胺鈉的電解液表現(xiàn)出較高的電導(dǎo)率，接近于NaPF6電解液。該電解液具有較好的熱穩(wěn)定性，同時(shí)由于C-F鍵比較穩(wěn)定，不易水解，相較于NaPF6，在水中穩(wěn)定性更好，但也易腐蝕鋁集流體鈉離子電池材料分類液體電解質(zhì)-液體電解質(zhì)鈉鹽材料[1]NatureCommunications,2023,14(1):3591.鈉離子電解液的添加劑根據(jù)功能可分為成膜添加劑、阻燃添加劑和過(guò)充保護(hù)添加劑等。成膜添加劑主要用于增強(qiáng)SEI膜的穩(wěn)定性；阻燃添加劑可以降低電解液的可燃性；過(guò)充保護(hù)劑可以在過(guò)充的情況下防止電池燃燒、爆炸成膜添加劑：成膜添加劑能夠優(yōu)先在負(fù)極（或正極）表面上反應(yīng)，并形成致密、均一且較薄的SEI膜，從而保護(hù)內(nèi)部的電極材料，并使電解液的實(shí)際電化學(xué)窗口得到拓寬鈉離子電池材料分類液體電解質(zhì)-添加劑[1]JournalofEnergyChemistry,2021,57:650-655.碳酸亞乙烯酯：碳酸亞乙烯酯化學(xué)性質(zhì)較為活潑，在鈉的嵌入過(guò)程中，能在較高電勢(shì)下斷開(kāi)雙鍵，并生成大分子網(wǎng)絡(luò)狀聚合物，參與SEI膜的形成。但過(guò)量的碳酸亞乙烯酯會(huì)在正極表面氧化分解，沉積于正極表面，影響正極的循環(huán)性能氟代碳酸乙烯酯：氟代碳酸乙烯酯利用鹵素原子對(duì)電子的吸引力，提高中心原子的得電子能力，在相對(duì)較高的電勢(shì)下，有利于金屬鈉和硬碳負(fù)極表面形成穩(wěn)定的SEI膜鈉離子電池材料分類液體電解質(zhì)-添加劑[1]AdvancedEnergyMaterials,2024,14(30):2401407.硫酸乙烯酯：亞硫酸酯和磺酸酯類添加劑也是一類重要的成膜添加劑，如硫酸乙烯酯。該類添加劑在負(fù)極表面的還原性要高于碳酸酯，優(yōu)先形成富含硫化合物的穩(wěn)定SEI膜阻燃添加劑：加入含有P、F、Cl和Br等具有良好阻燃性能元素的添加劑可降低電解液可燃性。有機(jī)磷系阻燃添加劑包括磷酸酯、亞磷酸鹽以及環(huán)狀磷腈類等，是一種重要的鈉離子電池電解液阻燃添加劑鈉離子電池材料分類液體電解質(zhì)-添加劑[1]AdvancedEnergyMaterials,2024,14(30):2401407.過(guò)充保護(hù)添加劑：過(guò)充情況下，電池電壓會(huì)持續(xù)升高，化學(xué)反應(yīng)加劇，溫度升高，此時(shí)即使停止充電，電池溫度也會(huì)因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)產(chǎn)熱而不斷上升，引發(fā)燃燒、爆炸等安全事故通過(guò)在電解液中添加過(guò)充保護(hù)劑，可有效提高鈉離子電池的安全性能，一般含苯環(huán)類添加劑能夠作為過(guò)充保護(hù)添加劑。鈉離子電池材料分類液體電解質(zhì)-添加劑[1]Energy&EnvironmentalMaterials,2023,6(4):e12422.半固體凝膠電解質(zhì)凝膠聚合物電解質(zhì)是一類介于固體電解質(zhì)和液體電解質(zhì)之間的半固體電解質(zhì)，結(jié)合了液體電解質(zhì)高離子電導(dǎo)率和固體聚合物電解質(zhì)的高安全性的優(yōu)點(diǎn)凝膠聚合物電解質(zhì)包含聚合物基體、增塑劑以及溶解鹽凝膠電解質(zhì)中的增塑劑通常是介電常數(shù)高、揮發(fā)性低、相容性和溶解性好的有機(jī)溶劑鈉離子電池材料分類[1]Energy&EnvironmentalMaterials,2023,6(4):e12422.固體電解質(zhì)有機(jī)電解液易揮發(fā)、易燃燒，在電池使用過(guò)程中存在安全隱患固體電解質(zhì)可同時(shí)代替電解液與隔膜，進(jìn)一步提升電池的安全性固體電解質(zhì)包括無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)、聚合物固體電解質(zhì)以及復(fù)合固體電解質(zhì)三類鈉離子電池材料分類[1]ACSappliedmaterials&interfaces,2020,12(27):30328-30335.無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)通常具有較高的離子電導(dǎo)率和較強(qiáng)的熱穩(wěn)定性，其中NASICON結(jié)構(gòu)的化合物AnM(XO4)3（其中，A為堿金屬；M為Zr、Y、T、Sn、V、Nb、Ta等；X為Si、P、S等）可提供三維Na+傳輸通道，是一種重要的鈉離子電池固體電解質(zhì)材料鈉離子電池材料分類固體電解質(zhì)-無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)固體電解質(zhì)-聚合物固體電解質(zhì)[1]AdvancedFunctionalMaterials,2023,33(22):2215117.在有機(jī)聚合物基固體電解質(zhì)中，離子傳輸主要依靠聚合物基質(zhì)中離子導(dǎo)體鹽的溶解和離子在聚合物鏈間的擴(kuò)散聚環(huán)氧乙烷基固體聚合物電解質(zhì)具有密度小、黏彈性好和易成膜等優(yōu)點(diǎn)。聚環(huán)氧乙烷可與堿金屬鹽絡(luò)合形成聚合物電解質(zhì)，其微氧基具有較高的陽(yáng)離子溶劑化能力和柔韌性，對(duì)促進(jìn)離子的輸運(yùn)具有重要作用。聚碳酸酯類固體聚合物電解質(zhì)體系（如聚碳酸乙烯酯、聚碳酸丙烯酯、聚碳酸亞乙烯酯和聚三亞甲基碳酸酯等）也可被用作鈉離子電池固體電解質(zhì)鈉離子電池材料分類固體電解質(zhì)-復(fù)合固體電解質(zhì)[1]AppliedEnergy,2020,276:115464.有機(jī)固體聚合物電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率普遍較低，其機(jī)械性能也有待提高。無(wú)機(jī)粉體的加入可提升固體聚合物電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率和機(jī)械性能，最終得到的固體電解質(zhì)稱為復(fù)合固體電解質(zhì)有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合固體電解質(zhì)的無(wú)機(jī)填料可分為兩類：一類稱為惰性填料，本身不具有離子傳輸能力，如Al2O3、SiO2、MgO和TiO2等；另一類為活性填料，本身具備離子傳輸能力，如鈉離子導(dǎo)體Na2SiO3、NASICON電解質(zhì)、Na/Beta-Al2O3以及硫化物無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)顆粒等鈉離子電池材料分類[1]ScriptaMaterialia,2023,232:115481.隔膜材料隔膜材料充當(dāng)電池正負(fù)極之間的物理屏障，有效防止短路現(xiàn)象的發(fā)生，保證電解液中溶劑分子的高效滲透和溶劑化鈉離子的高效輸運(yùn)在鈉離子電池中所選用的隔膜體系包括聚合物隔膜、氧化鋁陶瓷隔膜和復(fù)合隔膜等鈉離子電池材料分類[1]/[2]ScriptaMaterialia,2023,232:115481.隔膜材料-聚合物隔膜聚合物隔膜具有良好的離子傳輸性能、柔韌性以及低成本特性，因此在大多數(shù)鈉離子電池中被廣泛使用。但是聚合物隔膜的熱穩(wěn)定性較差，難以承受鈉離子電池運(yùn)行過(guò)程中的高溫環(huán)境，需要配合散熱系統(tǒng)來(lái)降低電池溫度氧化鋁陶瓷隔膜是一種具有較好高溫穩(wěn)定性的隔膜材料，可在高溫環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，但是電子絕緣性能較差，對(duì)于高能量密度的鈉離子電池而言，使用氧化鋁隔膜可能存在安全隱患鈉離子電池材料分類隔膜材料-復(fù)合隔膜復(fù)合隔膜是將聚合物隔膜和氧化鋁陶瓷隔膜復(fù)合而成的一種隔膜材料。復(fù)合隔膜兼顧了聚合物隔膜的柔韌性和氧化鋁隔膜的高溫穩(wěn)定性，同時(shí)還具有良好的抗擊穿性能和高效的離子傳輸性能，在鈉離子電池研究中具有廣泛的應(yīng)用前景隨著鈉離子電池研發(fā)和產(chǎn)業(yè)進(jìn)程的快速發(fā)展，各種新型隔膜材料不斷涌現(xiàn)，與使用液體電解液的傳統(tǒng)鈉離子電池相比，顯示出更高的可逆比容量和更好的循環(huán)穩(wěn)定性鈉離子電池材料分類[1]/[2]ScriptaMaterialia,2023,232:115481.目錄引言一鈉離子電池儲(chǔ)能原理二鈉離子電池材料分類三鈉離子電池應(yīng)用四基于石墨烯和VO2的新型柔性鈉離子電池陰極正極材料研究人員設(shè)計(jì)了一種VO2陣列，其由石墨烯泡沫支撐的石墨烯量子點(diǎn)所錨定。采用化學(xué)氣相沉積，通過(guò)溶劑熱工藝在石墨烯泡沫上生長(zhǎng)出雙層VO2，然后通過(guò)電泳沉積工藝在VO2陣列上涂覆一層薄石墨烯量子點(diǎn)，從而制造出自立式陰極。制備采用的石墨烯泡沫基底超輕、多孔且仍然具有高導(dǎo)電性，生長(zhǎng)出來(lái)的VO2納米帶有利于離子的快速擴(kuò)散，涂覆的石墨烯量子點(diǎn)層可以充當(dāng)有效的活化劑和保護(hù)劑，可防止活性材料在長(zhǎng)期循環(huán)過(guò)程中聚集和溶解[1]NanoLetters,2012,12(9):4810-4816.鈉離子電池應(yīng)用具有管狀結(jié)構(gòu)的新型柔性鈉離子電池研究人員利用含鎳的模擬化學(xué)電鍍廢水和實(shí)驗(yàn)室涂層廢料作為原料，制成了鍍鎳棉紡織品，并將普魯士藍(lán)/石墨烯復(fù)合材料涂覆在鍍鎳棉紡織品上。所得柔性電極表現(xiàn)出優(yōu)異的柔韌性和良好的倍率性能，以及出色的循環(huán)穩(wěn)定性。利用這種柔性電極成功制造了一種管狀柔性鈉離子電池，即使故意彎曲和扭曲電池，電池仍然可以為紅色LED供電[1]AdvancedMaterials,2017,29(16):1603719.鈉離子電池應(yīng)用采用鈉離子電池的示范性電動(dòng)汽車中科海鈉公司于致力于開(kāi)發(fā)低成本、高性能鈉離子電池，并將其應(yīng)用于新能源汽車領(lǐng)域。2018年該團(tuán)隊(duì)推出了全球首輛鈉離子電池（72V，80A?h）驅(qū)動(dòng)的低速電動(dòng)汽車，并實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)。之后，該公司參與開(kāi)發(fā)的新能源汽車搭載著鈉離子圓柱電芯，具備安全性高、能量密度高、低溫性能好、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)。該汽車上搭載的鈉電池能夠適應(yīng)寒地環(huán)境，具有較高的容量保持率[1]儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù)，2020，9(02)：515-522.鈉離子電池應(yīng)用鈉離子電池應(yīng)用大型鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)2023年，中國(guó)南方電網(wǎng)、中科海鈉和中科院物理所等研究單位和機(jī)構(gòu)聯(lián)合研制的用于大型儲(chǔ)能電站的鈉離子電池系統(tǒng)取得重大進(jìn)展。該系統(tǒng)儲(chǔ)能容量達(dá)到10MWh，能量轉(zhuǎn)換效率超過(guò)92%，這標(biāo)志著我國(guó)在大容量鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展。按照項(xiàng)目時(shí)間節(jié)點(diǎn)，2024年4月將要建成示范性的10MWh級(jí)鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。根據(jù)新聞報(bào)道，中科海鈉已完成首批電芯交付，該批電芯主要用于開(kāi)展鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的系統(tǒng)驗(yàn)證[1]/index.php?id=191本章主要參考文獻(xiàn)劉金云，方臻，黃家銳，等.電化學(xué)儲(chǔ)能材料[M].北京：科學(xué)出版社，2022.陳軍，陶占良.化學(xué)電源：原理、技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2021.方永進(jìn)，陳重學(xué)，艾新平，等.鈉離子電池正極材料研究進(jìn)展[J].物理化學(xué)學(xué)報(bào)，2017，33（01）：211-241.何菡娜，王海燕，唐有根，等.鈉離子電池負(fù)極材料[J].化學(xué)進(jìn)展，2014，26（04）：572-581.葉飛鵬，王莉，連芳，等.鈉離子電池研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2013，32（08）：1789-1795.郭晉芝，萬(wàn)放，吳興隆，等.鈉離子電池工作原理及關(guān)鍵電極材料研究進(jìn)展[J].分子科學(xué)學(xué)報(bào)，2016，32（04）：265-279.金翼，孫信，余彥，等.鈉離子儲(chǔ)能電池關(guān)鍵材料[J].化學(xué)進(jìn)展，2014，26（04）：582-591.潘都，戚興國(guó)，劉麗露，等.鈉離子電池正負(fù)極材料研究新進(jìn)展[J].硅酸鹽學(xué)報(bào)，2018，46（04）：479-498.潘慧霖，胡勇勝，李泓，等.室溫鈉離子儲(chǔ)能電池電極材料結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展[J].中國(guó)科學(xué)：化學(xué)，2014，44（08）：1269-1279.劉雙，邵漣漪，張雪靜，等.水系鈉離子電池電極材料研究進(jìn)展[J].物理化學(xué)學(xué)報(bào)，2018，34（06）：581-597.曹斌，李喜飛.鈉離子電池炭基負(fù)極材料研究進(jìn)展[J].物理化學(xué)學(xué)報(bào)，2020，36（05）：89-104.潘雯麗，關(guān)文浩，姜銀珠.聚陰離子型鈉離子電池正極材料的研究進(jìn)展[J].物理化學(xué)學(xué)報(bào)，2020，36（05）：69-80.曹翊，王永剛，王青，等.水系鈉離子電池的現(xiàn)狀及展望[J].儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù)，2016，5（03）：317-323.曹鑫鑫，周江，潘安強(qiáng)，等.鈉離子電池磷酸鹽正極材料研究進(jìn)展[J].物理化學(xué)學(xué)報(bào)，2020，36（05）：24-49.楊紹斌，董偉，沈丁，等.鈉離子電池負(fù)極材料的研究進(jìn)展[J].中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2016，26（05）：1054-1064.史文靜，燕永旺，徐守冬，等.鈉離子電池正極材料Na0.44MnO2的研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2017，36（09）：3343-3352.黨榮彬，陸雅翔，容曉暉，等.鈉離子電池關(guān)鍵材料研究及工程化探索進(jìn)展[J].科學(xué)通報(bào)，2022，67（30）：3546-3564.本章主要參考文獻(xiàn)FEH,FENGW,XUT.Zincnaphthalenedicarboxylatecoordinationcomplex:Apromisinganodematerialforlithiumandsodium-ionbatterieswithgoodcyclingstability[J].JournalofColloidandInterfaceScience,2017,488:277-281.EGUIA-BARRIOA,CASTILLO-MARTíNEZE,KLEINF,etal.ElectrochemicalperformanceofCuNCNforsodiumionbatteriesandcomparisonwithZnNCNandlithiumionbatteries[J].JournalofPowerSources,2017,367:130-137.SUH，JAFFERS，YUH.Transitionmetaloxidesforsodium-ionbatteries[J].EnergyStorageMaterials,2016,5:116-131.ZHANGW,DAHBIM,KOMABAS.Polymerbinder:akeycomponentinnegativeelectrodesforhigh-energyNa-ionbatteries[J].CurrentOpinioninChemicalEngineering,2016,13:36-44.WUS,GER,LUM,etal.Graphene-basednano-materialsforlithium-sulfurbatteryandsodium-ionbattery[J].NanoEnergy,2015,15:379-405.YAOY,WUF.Naturallyderivednanostructuredmaterialsfrombiomassforrechargeablelithium/sodiumbatteries[J].NanoEnergy,2015,17:91-103.GANDIS,VADDADIVSCS,PANDASSS,etal.Recentprogressinthedevelopmentofglassandglass-ceramiccathode/solidelectrolytematerialsfornext-generationhighcapacityall-solid-statesodium-ionbatteries:Areview[J].JournalofPowerSources,2022,521:230930.YANGY,ZHOUJ,WANGL,etal.PrussianblueanditsanaloguesascathodematerialsforNa-,K-,Mg-,Ca-,Zn-andAl-ionbatteries[J].NanoEnergy,2022,99:107424.ZHAOL,QUZ.Advancedflexibleelectrodematerialsandstructuraldesignsforsodiumionbatteries[J].JournalofEnergyChemistry,2022,71:108-128.DINMAU,LIC,ZHANGL,etal.Recentprogressandchallengesonthebismuth-basedanodeforsodium-ionbatteriesandpotassium-ionbatteries[J].MaterialsTodayPhysics,2021,21:100486.MOSALLANEJADB,MALEKSS,ERSHADIM,etal.Cyclingdegradationandsafetyissuesinsodium-ionbatteries:Promisesofelectrolyteadditives[J].JournalofElectroanalyticalChemistry,2021,895:115505.ALVIRAD,ANTORáND,MANYàJJ.Plant-derivedhardcarbonasanodeforsodium-ionbatteries:Acomprehensivereviewtoguideinterdisciplinaryresearch[J].ChemicalEngineeringJournal,2022,447:137468.GANDIS,VADDADIVSCS,PANDASSS,etal.Recentprogressinthedevelopmentofglassandglass-ceramiccathode/solidelectrolytematerialsfor放next-generationhighcapacityall-solid-statesodium-ionbatteries:Areview[J].JournalofPowerSources,2022,521:230930.謝謝大家！《儲(chǔ)能功能材料》第九章“流動(dòng)的儲(chǔ)能電池”—液流電池材料目錄引言一液流電池儲(chǔ)能原理二液流電池材料分類三液流電池的應(yīng)用四目錄引言一液流電池儲(chǔ)能原理二液流電池材料分類三液流電池的應(yīng)用四液流電池是一種利用活性物質(zhì)發(fā)生可逆氧化還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)化學(xué)能與電能之間相互轉(zhuǎn)化的電化學(xué)儲(chǔ)能裝置液流電池的電解液儲(chǔ)存于電池外部?jī)?chǔ)罐中，可根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整電池的大小和容量，使液流電池具有較高的靈活性和安全性；活性物質(zhì)可根據(jù)需要進(jìn)行定期更換，從而保證電池的性能和使用壽命引言[1]AdvancesinAppliedEnergy,2023:100154.[2]AdvancedMaterials,2023,35(33):2301898.[3]/xwdt/kyjz/201811/t20181119_5187795.html液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景本章從液流電池的儲(chǔ)能原理展開(kāi)介紹，包括液流電池的組成以及充電放電過(guò)程；根據(jù)液流電池關(guān)鍵組成部件，分別對(duì)電極材料、電解質(zhì)材料、隔膜材料以及雙極板材料的分類進(jìn)行介紹；最后通過(guò)案例介紹目前液流電池的具體應(yīng)用引言目錄引言一液流電池儲(chǔ)能原理二液流電池材料分類三液流電池的應(yīng)用四液流電池是一種與傳統(tǒng)二次電池結(jié)構(gòu)不同的可進(jìn)行重復(fù)充放電的電池。液流電池主體由電堆模塊、液路循環(huán)模塊以及儲(chǔ)液模塊三部分組成工作過(guò)程中，電解液通過(guò)液路循環(huán)模塊在電堆模塊和儲(chǔ)液模塊間循環(huán)流動(dòng)，并通過(guò)外電路實(shí)現(xiàn)電能與化學(xué)能間的相互轉(zhuǎn)化液流電池儲(chǔ)能原理[1]JournalofEnergyStorage,2019,25:100844.[2]/液流電池的組成全釩液流電池結(jié)構(gòu)示意圖液流電池原理示意圖電堆模塊主要由端板、集流板、雙極板、電極和隔膜組成，端板設(shè)有液體進(jìn)出口，在充放電時(shí)電解液從電堆模塊中流入或流出在大規(guī)模液流電池系統(tǒng)中，通過(guò)在端板內(nèi)設(shè)置若干雙極板可實(shí)現(xiàn)小型液流電池的串聯(lián)液流電池儲(chǔ)能原理液流電池的組成-電堆模塊[1]ChemicalSocietyReviews,2018,47(23):8721-8743.[2]AdvancesinAppliedEnergy,2023:100154.(1)端板，(2)集流板，(3)刻有蛇形流道的石墨板，(4)墊片，(5)多孔電極，(6)離子交換膜（隔膜）電解液出口（3）（3）（4）（4）（4）（5）（5）電解液入口(1)正極（燒結(jié)鎳），(2)負(fù)極（沖壓鍍鎳鋼帶），(3)端板，(4)墊片，(5)流動(dòng)架，(6)正極引線，(7)負(fù)極引線液路循環(huán)模塊主要由電解液、管路和輸運(yùn)泵組成在輸運(yùn)泵的作用下，電解液實(shí)現(xiàn)了從儲(chǔ)液罐到電堆模塊的循環(huán)流動(dòng)，從而能夠與電池進(jìn)行分離，緩解了其他二次電池常見(jiàn)的穿刺和散熱問(wèn)題液流電池的組成-液路循環(huán)模塊液流電池儲(chǔ)能原理[1]/.[2]/yeliudianchi/儲(chǔ)液模塊主要由負(fù)極儲(chǔ)液罐和正極儲(chǔ)液罐組成，通過(guò)改變儲(chǔ)液罐的容量可實(shí)現(xiàn)液流電池的電容量調(diào)整，從而滿足不同工況的需求，提高了液流電池系統(tǒng)工作的靈活性通過(guò)不同體積外置儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)，按需配置電解液，可以定制液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量，將多組儲(chǔ)能單元并聯(lián)接入母線，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)的構(gòu)建液流電池的組成-儲(chǔ)液模塊液流電池儲(chǔ)能原理[1]/吉林省松原市400MWh大型全釩液流電池共享儲(chǔ)能電站全釩液流電池儲(chǔ)能單元液流電池利用電解液中活性物質(zhì)發(fā)生的可逆氧化還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)化學(xué)能與電能之間的相互轉(zhuǎn)化液流電池的工作原理主要包括充電和放電兩個(gè)過(guò)程液流電池儲(chǔ)能原理液流電池的工作原理正極反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)[1]ElectrochemicalEnergyReviews,2021,4(4):718-756.在充電過(guò)程中，外部?jī)?chǔ)液罐中的電解液被泵送進(jìn)電池的電化學(xué)反應(yīng)堆，正負(fù)兩極電解液分別在兩個(gè)電極上發(fā)生氧化或還原反應(yīng)，離子通過(guò)隔膜進(jìn)行遷移，確保電荷平衡，從而將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能并存儲(chǔ)在電解液中液流電池的工作原理-充電過(guò)程液流電池儲(chǔ)能原理正極反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)[1]ElectrochemicalEnergyReviews,2021,4(4):718-756.在放電過(guò)程中，外部?jī)?chǔ)液罐中的電解液再次被泵送進(jìn)入電堆，電解液在正負(fù)電極表面發(fā)生逆向的氧化還原反應(yīng)，離子通過(guò)隔膜進(jìn)行遷移，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，通過(guò)外部電路釋放出來(lái)供能源系統(tǒng)或設(shè)備使用液流電池儲(chǔ)能原理正極反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)液流電池的工作原理-放電過(guò)程[1]ElectrochemicalEnergyReviews,2021,4(4):718-756.目錄引言一液流電池儲(chǔ)能原理二液流電池材料分類三液流電池的應(yīng)用四液流電池材料分類[1]InternationalJournalofEnergyResearch,2020,44(10):7903-7923.[2]JournalofPowerSources,2021,500:229983.[3]ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences,2023,120(37):e2305572120.[4]JournalofPowerSources,2017,359:322-331.液流電池材料可分為電極材料、電解液材料、隔膜材料和雙極板材料電解液材料雙極板材料石墨雙極板金屬雙極板碳素復(fù)合雙極板一體化電極-雙極板金屬類電極材料碳素類電極材料電極材料全釩液流電池電解液鐵/鉻液流電池電解液多硫化鈉/溴液流電池電解液鋅/溴液流電池電解液……隔膜材料陽(yáng)離子交換膜陰離子交換膜兩性離子交換膜電極的電化學(xué)特性會(huì)影響電解質(zhì)溶液的分布均勻性、擴(kuò)散狀態(tài)、電池內(nèi)阻以及電化學(xué)反應(yīng)速率，進(jìn)而影響電極的極化程度和電池的內(nèi)阻，并對(duì)電池的能量轉(zhuǎn)換效率和功率密度產(chǎn)生影響電極材料為電解液中的活性成分提供反應(yīng)位點(diǎn)，本身并不直接參與化學(xué)反應(yīng)，根據(jù)材料種類主要可分為金屬類電極材料和碳素類電極材料液流電池材料分類-電極材料電極材料電解液出口（3）（3）（4）（4）（4）（5）（5）電解液入口(1)正極（燒結(jié)鎳），(2)負(fù)極（沖壓鍍鎳鋼帶），(3)端板，(4)墊片，(5)流動(dòng)架，(6)正極引線，(7)負(fù)極引線[1]AdvancesinAppliedEnergy,2023:100154.[2]InternationalJournalofEnergyResearch,2020,44(10):7903-7923.金屬類電極材料包括Au、Sn、Ti、Pt、Pt/Ti及IrO2/Ti等，具有電導(dǎo)率高、機(jī)械性能好等優(yōu)點(diǎn)金的電化學(xué)可逆性較差，價(jià)格昂貴；鉛電極的電化學(xué)可逆性也較差，且在進(jìn)行充放電循環(huán)時(shí)表面易形成鈍化膜，阻礙電極反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行；鈦電極的電化學(xué)可逆性較高，但與鉛電極類似，電極表面也易形成高電阻鈍化膜，不利于電極反應(yīng)的進(jìn)行金屬類電極材料[1]ACSappliedmaterials&interfaces,2014,6(13):10729-10735.[2]JournalofMaterialsScience&Technology,2021,75:96-109.液流電池材料分類-電極材料碳素類電極材料包括玻璃碳、石墨、碳?xì)?、石墨氈和碳布等，是一類具有良好穩(wěn)定性且成本相對(duì)較低的電極材料碳素類電極材料液流電池材料分類-電極材料玻璃碳是一種由許多類石墨微晶無(wú)序堆積而成的材料，具有高溫穩(wěn)定性、化學(xué)惰性、良好的導(dǎo)電性和耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)當(dāng)作為全釩液流電池的電極時(shí)，玻璃碳材料的電化學(xué)可逆性較低玻璃碳[1]/images/[2]網(wǎng)狀玻璃碳電極玻璃碳坩堝（玻碳電解池）玻璃碳材料碳素類電極材料包括玻璃碳、石墨、碳?xì)?、石墨氈和碳布等，是一類具有良好穩(wěn)定性且成本相對(duì)較低的電極材料石墨棒、石墨板或碳布作為電極時(shí)，經(jīng)過(guò)幾次充放電循環(huán)后，正極表面會(huì)發(fā)生刻蝕現(xiàn)象此類電極的比表面積較小，電化學(xué)反應(yīng)電阻較大，該類電池很難在高工作電流密度下運(yùn)行石墨棒、石墨板及碳布[1]/images/.石墨棒石墨板碳布碳素類電極材料液流電池材料分類-電極材料碳?xì)趾褪珰滞ǔＳ商祭w維紡織而成，具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性和導(dǎo)電性，可提供較大的電化學(xué)反應(yīng)面積碳?xì)趾褪珰职雌淅w維原料來(lái)源可分為黏膠基、聚丙烯腈基和瀝青基等一般需要對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)母男蕴嵘H水性和電化學(xué)活性，從而獲得電化學(xué)極化電位低、可逆性好、多次充放電循環(huán)后性質(zhì)穩(wěn)定的石墨氈電極碳?xì)趾褪珰諿1]/images/.碳?xì)峙c石墨氈碳素類電極材料液流電池材料分類-電極材料碳素類電極材料包括玻璃碳、石墨、碳?xì)?、石墨氈和碳布等，是一類具有良好穩(wěn)定性且成本相對(duì)較低的電極材料液流電池電極材料全釩液流電池正極：碳布、改性碳?xì)?、Ti等負(fù)極：碳布、改性碳?xì)?、Ti等鐵/鉻液流電池正極：碳布、石墨氈等負(fù)極：碳布、石墨氈、改性碳?xì)值榷嗔蚧c/溴液流電池正極：碳布、碳?xì)?、活性炭等?fù)極：金屬硫化物、活性炭等鋅/溴液流電池正極：碳?xì)帧⒒钚蕴康蓉?fù)極：鈦板、石墨氈等鋅/鎳液流電池正極：泡沫鎳電極等負(fù)極：鎳箔、鍍鎳沖孔鋼等液流電池材料分類-電極材料電解質(zhì)溶液作為液流電池的儲(chǔ)能介質(zhì)，具有離子傳輸、維持電荷平衡等作用，液流電池系統(tǒng)的儲(chǔ)能容量是由電解質(zhì)溶液儲(chǔ)能活性物質(zhì)的濃度和容量決定的電解液材料的性質(zhì)對(duì)于液流電池的性能具有重要影響，常見(jiàn)的液流電池電解液體系包括全釩液流電池、鐵鉻液流電池和鋅溴液流電池等液流電池材料分類-電解液材料電解液材料[1]EnergyStorageScienceandTechnology,2012,1(1):50-57.[2]/半固態(tài)液流電池示意圖鋅溴液流電池示意圖全釩液流電池示意圖全釩液流電池通過(guò)電解質(zhì)溶液中不同價(jià)態(tài)釩離子在電極表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)，完成電能和化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)電能的儲(chǔ)存和釋放在全釩液流電池電解質(zhì)溶液中，正極電池電解質(zhì)溶液中的活性電對(duì)為，負(fù)極電池電解質(zhì)溶液中的活性電對(duì)為，通常使用硫酸為支持電解質(zhì)全釩液流電池電解液[1]/xwdt/kyjz/202312/t20231231_6950169.html正極反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)總反應(yīng)大連化物所70kW級(jí)高功率密度全釩液流電池單體電堆液流電池材料分類-電解液材料鐵/鉻電池正極電對(duì)為Fe3+/Fe2+，F(xiàn)e3+/Fe2+半電池具有較好的可逆性和較快的動(dòng)力學(xué)特征，

負(fù)極電對(duì)為Cr3+/Cr2+，形成三種惰性內(nèi)層配離子，影響Cr3+/Cr2+的氧化還原反應(yīng)速率同時(shí)，由于負(fù)極Cr3+/Cr2+電對(duì)的電勢(shì)較低，易發(fā)生析氫副反應(yīng)，因此Cr3+/Cr2+半電池須使用催化劑來(lái)提高反應(yīng)速率，

如金屬鉍等鐵/鉻液流電池電解液正極反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)總反應(yīng)國(guó)家電投“容和一號(hào)”30kW大容量鐵/鉻液流電池堆[1]/html/20220130/1202451.shtml液流電池材料分類-電解液材料多硫化鈉/溴液流電池分別以溴化鈉（NaBr）和多硫化鈉（Na2Sx）的堿性水溶液為電池正、負(fù)極的電解質(zhì)溶液Br主要以Br3-形式存在于正極電解質(zhì)溶液，單質(zhì)硫與硫離子結(jié)合成多硫離子存在于負(fù)極電解質(zhì)溶液中，充放電時(shí)由Na+通過(guò)隔膜在正、負(fù)極電解質(zhì)溶液間的電遷移而形成通路多硫化鈉/溴液流電池電解液正極反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)總反應(yīng)[1]FlowBatteries:FromFundamentalstoApplications,2023,2:765-790.液流電池材料分類-電解液材料鋅/溴液流電池正極和負(fù)極采用成本和電化學(xué)當(dāng)量較低Br-/Br2電對(duì)和Zn2+/Zn電對(duì)為儲(chǔ)能活性物質(zhì)，具有能量密度較高，成本較低等優(yōu)點(diǎn)充電時(shí)，陰極上Br-發(fā)生氧化反應(yīng)生成Br2，Br2被絡(luò)合劑捕獲后在密度大于水相電解液的油狀絡(luò)合物中富集，并沉降在電解液儲(chǔ)罐的底部；陽(yáng)極上Zn2+發(fā)生還原反應(yīng)，生成金屬鋅并沉積在負(fù)極表面。放電過(guò)程則發(fā)生相反的化學(xué)反應(yīng)鋅/溴液流電池電解液正極反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)總反應(yīng)大連物化所面向用戶側(cè)的100kWh鋅溴液流電池系統(tǒng)[1]/xwdt/kyjz/202304/t20230417_6739289.html液流電池材料分類-電解液材料鋅/鎳單液流電池正極和負(fù)極分別采用氫氧化鎳電極與惰性金屬或石墨電極。正極活性物質(zhì)以氫氧化鎳形式儲(chǔ)存在固體電極內(nèi)，負(fù)極活性物質(zhì)則以鋅酸鹽形式儲(chǔ)存在強(qiáng)堿性電解液中鋅/鎳單液流電池的正、負(fù)極電解液組份相同，均采用堿性鋅酸鹽溶液，通過(guò)循環(huán)系統(tǒng)在正、負(fù)極間流通，利用鋅離子和鎳離子間的電化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)電能與化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)換鋅/鎳液流電池電解液正極反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)總反應(yīng)正極反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)總反應(yīng)[1]AdvancesinAppliedEnergy,2023:100154.液流電池材料分類-電解液材料液流電池中的隔膜是一種離子交換膜，在電化學(xué)反應(yīng)堆模塊用于隔離電解質(zhì)以及傳導(dǎo)電荷載體以形成內(nèi)部電路離子交換膜根據(jù)其傳導(dǎo)離子的類型，可分為陽(yáng)離子交換膜、陰離子交換膜和兩性離子交換膜離子交換膜應(yīng)具有高效離子傳導(dǎo)，低電阻、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度等特點(diǎn)液流電池材料分類-隔膜材料隔膜材料[1]/images[2]AdvancedFunctionalMaterials,2016,26(2):210-218.[3]Naturematerials,2020,19(2):195-202.陽(yáng)離子交換膜PFSA離子交換膜基本結(jié)構(gòu)是全氟乙烯主鏈和帶有磺酸基團(tuán)的側(cè)鏈PFSA膜具有高導(dǎo)電性、優(yōu)異的耐化學(xué)性和機(jī)械性能，能夠在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和高溫環(huán)境中工作，適用于苛刻的電化學(xué)環(huán)境，而被廣泛應(yīng)用于液流電池中PFSA離子交換膜[1]JournalofMembraneScience,2023,688:122150.用于釩氧化還原液流電池的亞20納米超薄全氟磺酸接枝氧化石墨烯復(fù)合膜液流電池材料分類-隔膜材料陽(yáng)離子交換膜主要材料為帶有特定負(fù)電荷基團(tuán)的聚合物材料。在液流電池工作時(shí)，這些負(fù)電荷基團(tuán)（如磺酸基團(tuán)—SO3-）具有結(jié)合陽(yáng)離子的特點(diǎn)，能夠使陽(yáng)離子（如H?、Na?、K?等）順利通過(guò)離子隔膜在電解液之間傳導(dǎo)，而將陰離子阻擋在另一側(cè)常見(jiàn)的陽(yáng)離子交換膜材料包括全氟磺酸（PFSA）離子交換膜、磺化聚醚醚酮（SPEEK）離子交換膜和Nafion離子交換膜等陽(yáng)離子交換膜SPEEK離子交換膜是一種芳香族聚合物，通過(guò)磺化反應(yīng)在聚醚醚酮分子中引入磺酸基團(tuán)SPEEK膜具有高溫穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和良好的機(jī)械性能。引入磺酸基團(tuán)可提高陽(yáng)離子傳導(dǎo)能力和聚合物的離子交換能力，增加材料的導(dǎo)電性SPEEK離子交換膜兩性氧化石墨烯納米片SPEEK雜化膜作為釩氧化還原液流電池的界面增強(qiáng)材料[1]Energy&Fuels,2020,34(2):2452-2461.液流電池材料分類-隔膜材料陽(yáng)離子交換膜主要材料為帶有特定負(fù)電荷基團(tuán)的聚合物材料。在液流電池工作時(shí)，這些負(fù)電荷基團(tuán)（如磺酸基團(tuán)—SO3-）具有結(jié)合陽(yáng)離子的特點(diǎn)，能夠使陽(yáng)離子（如H?、Na?、K?等）順利通過(guò)離子隔膜在電解液之間傳導(dǎo)，而將陰離子阻擋在另一側(cè)常見(jiàn)的陽(yáng)離子交換膜材料包括全氟磺酸（PFSA）離子交換膜、磺化聚醚醚酮（SPEEK）離子交換膜和Nafion離子交換膜等Nafion離子交換膜是一種基于PFSA開(kāi)發(fā)的全氟磺酸聚合物電解質(zhì)材料，基本結(jié)構(gòu)是四氟乙烯主鏈和帶有磺酸基團(tuán)的側(cè)鏈Nafion可實(shí)現(xiàn)高效離子傳導(dǎo)，具有低電阻、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，適用于高溫和強(qiáng)酸環(huán)境，是廣泛應(yīng)用的陽(yáng)離子交換膜之一Nafion離子交換膜[1]ACSnano,2022,16(11):19240-19252.將多金屬氧酸鹽兩親物超分子錨定到Nafion納米相中以增強(qiáng)質(zhì)子傳導(dǎo)陽(yáng)離子交換膜液流電池材料分類-隔膜材料陽(yáng)離子交換膜主要材料為帶有特定負(fù)電荷基團(tuán)的聚合物材料。在液流電池工作時(shí)，這些負(fù)電荷基團(tuán)（如磺酸基團(tuán)—SO3-）具有結(jié)合陽(yáng)離子的特點(diǎn)，能夠使陽(yáng)離子（如H?、Na?、K?等）順利通過(guò)離子隔膜在電解液之間傳導(dǎo)，而將陰離子阻擋在另一側(cè)常見(jiàn)的陽(yáng)離子交換膜材料包括全氟磺酸（PFSA）離子交換膜、磺化聚醚醚酮（SPEEK）離子交換膜和Nafion離子交換膜等陰離子交換膜，主要材料為帶有特定正電荷基團(tuán)的聚合物材料。在液流電池工作時(shí)，這些正電荷基團(tuán)（如季銨基團(tuán)—NH4?）與陰離子結(jié)合，允許陰離子（如OH?、Cl?、SO42?等）順利通過(guò)離子隔膜并在電解液之間傳導(dǎo)，同時(shí)起到阻擋陽(yáng)離子的作用常見(jiàn)陰離子交換膜材料包括季銨化多苯乙烯磺酸（QAPSF）和聚四氟乙烯衍生物（PTFE）等QAPSF離子交換膜可通過(guò)在多苯乙烯磺酸上引入季銨基團(tuán)得到QAPSF膜具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和高離子選擇性，特別是在堿性環(huán)境中能夠保持高效的陰離子傳導(dǎo)能力，具有較好的機(jī)械性能，適用于多種電解液體系QAPSF離子交換膜[1]JournalofMembraneScience,2018,554:264-273.基于含有氟化疏水嵌段的季銨化二嵌段共聚苯乙烯的新型陰離子交換膜陰離子交換膜液流電池材料分類-隔膜材料PTFE離子交換膜可通過(guò)在聚四氟乙烯上引入季銨基團(tuán)得到PTFE衍生物膜具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和耐腐蝕性，可在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高溫、強(qiáng)氧化劑等極端條件下保持性能。此外，PTFE離子交換膜還具有高導(dǎo)電性和低電阻，是主要的陰離子交換膜之一PTFE離子交換膜[1]ChemicalEngineeringJournal,2022,427:131413.聚四氟乙烯層和功能化碳化硅納米線釩氧化還原液流電池先進(jìn)混合膜液流電池材料分類-隔膜材料陰離子交換膜，主要材料為帶有特定正電荷基團(tuán)的聚合物材料。在液流電池工作時(shí)，這些正電荷基團(tuán)（如季銨基團(tuán)—NH4?）與陰離子結(jié)合，允許陰離子（如OH?、Cl?、SO42?等）順利通過(guò)離子隔膜并在電解液之間傳導(dǎo)，同時(shí)起到阻擋陽(yáng)離子的作用常見(jiàn)陰離子交換膜材料包括季銨化多苯乙烯磺酸（QAPSF）和聚四氟乙烯衍生物（PTFE）等陰離子交換膜兩性離子交換膜是一種帶有兩性離子基團(tuán)的特殊離子交換膜，具有陽(yáng)離子和陰離子的雙離子交換能力。由于其表面凈電荷可根據(jù)外部溶液變化而變化，因此具有可調(diào)性，能夠同時(shí)允許陽(yáng)離子和陰離子在電解液之間傳導(dǎo)兩性離子基團(tuán)的存在通常能夠提供更高的離子選擇性和滲透率，降低電解液的混合，并且兩性離子膜能夠更好地平衡電荷傳導(dǎo)，主要包括兩性離子聚合物和多苯乙烯砜衍生物兩性離子交換膜兩性離子聚合物膜可在聚合物骨架上引入同時(shí)帶有正負(fù)電荷的兩性離子基團(tuán)得到常見(jiàn)的兩性離子聚合物包括卵磷脂和聚磺酸胺等，由這些材料組成的兩性離子交換膜通常在酸堿環(huán)境中具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，適用于長(zhǎng)時(shí)間電化學(xué)工作兩性離子聚合物兩性離子SBMA接枝到Nafion上制備的釩氧化還原液流電池兩性交換膜[1]JournalofMembraneScience,2018,554:324-330.液流電池材料分類-隔膜材料多苯乙烯砜衍生物膜可在多苯乙烯砜上引入兩性離子基團(tuán)得到，如通過(guò)磺化和氨基化反應(yīng)引入磺酸基團(tuán)和銨基團(tuán)除了通過(guò)簡(jiǎn)單化學(xué)修飾之外，還可與其他的單體（如苯乙烯）通過(guò)共聚得到。這種隔膜適可實(shí)現(xiàn)高效的離子傳導(dǎo)和電荷平衡，提高電池的整體性能多苯乙烯砜衍生物多叔胺型兩性離子交換膜的結(jié)構(gòu)示意圖[1]ACSappliedmaterials&interfaces,2019,11(5):5003-5014.兩性離子交換膜是一種帶有兩性離子基團(tuán)的特殊離子交換膜，具有陽(yáng)離子和陰離子的雙離子交換能力。由于其表面凈電荷可根據(jù)外部溶液變化而變化，因此具有可調(diào)性，能夠同時(shí)允許陽(yáng)離子和陰離子在電解液之間傳導(dǎo)兩性離子基團(tuán)的存在通常能夠提供更高的離子選擇性和滲透率，降低電解液的混合，并且兩性離子膜能夠更好地平衡電荷傳導(dǎo)，主要包括兩性離子聚合物和多苯乙烯砜衍生物兩性離子交換膜液流電池材料分類-隔膜材料液流電池中的電化學(xué)反應(yīng)堆主要是由多個(gè)單電池單元串聯(lián)組裝而成的，具有分隔兩側(cè)正/負(fù)極電解質(zhì)溶液、導(dǎo)通內(nèi)部電路和支撐電極作用的導(dǎo)電隔板稱為雙極板