青岛科大在金属镁电池负极改性方面取得新进展

可充电金属镁电池是以金属镁为负极的一类廉价、高安全性且具有高能量密度等潜在优势的新型电化学储能技术,其有望成为解决可再生能源利用效率低、电能源使用安全性差等问题重要储能技术之一。然而,当前金属镁负极在较高电流密度、较高面容量以及不同电解液中存在不均匀电沉积甚至枝晶生长等行为。此外,金属镁负极在多数电解液体系中存在较大的沉积/溶解过电势(通常大于100 mV)和较差的沉积/溶解库伦效率,上述问题直接影响着可充电金属镁电池的安全运行、可逆容量以及循环寿命等电化学性能。

青岛科技大学材料学院张忠华副教授、李桂村教授和中科院青能所崔光磊研究员等人在金属镁电池负极电沉积形貌调控方面提出了基于匀化电场、几何限域以及化学吸附等协同耦合的改性策略,该科研成果以“Uniform magnesium electrodeposition via synergistic coupling of current homogenization, geometric confinement and chemisorption effect”为题发表在材料领域国际著名期刊Advanced Materials(影响因子27.398)上。该工作青岛科技大学为第一单位,第一作者为我校材料学院2018级硕士研究生宋子豪。
本工作研究了在宏观和微观尺度下金属负极均匀生长的临界条件:
1)电场效应:以Haring-Blum电池模型为基础,采用近阴极和远阴极表面电流密度之差来描述电流密度分布,即由电极表面的尺寸差所引起的电场效应。根据半定量公式,当阴极表面尖端与平面到阳极距离之比小于0.37时,金属的电沉积过程存在明显的尺寸依赖效应,强电场效应(尖端上的电流密度比阴极表面的电流密度高20%)导致金属不均匀电沉积行为;当阴极表面尖端与平面到阳极距离之比大于0.93时,阴极表面电流密度差小于2%,这表明电流密度在整个电极上呈均匀分布状态;而阴极表面尖端与平面到阳极距离介于0.37和0.93之间时,电场效应对电解液的分散能力有一定的影响,电沉积层形貌呈现不确定性。
2)化学吸附效应:在原子尺度下,电沉积载体的化学状态对金属原子亲和能力是控制金属优先形核和均匀形核的关键。由SP2杂化碳组成的平面六元环碳载体(石墨烯模型)表现出憎镁性,这不仅导致较高的成核势垒,也是造成不均匀的镁沉积主要因素之一。在碳基载体上引入含氮、氧等杂原子的缺陷位点可大大提高其对Mg原子的亲和力,从而大大降低了其电沉积形核和生长能垒,此外,丰富的亲镁中心可以引导均匀的电沉积形核和生长过程,因此电极呈现出较低的沉积/溶解过电势。
3)几何限域效应:在典型的异相形核过程中,平面电沉积载体对晶核的促进作用取决于载体与镁晶胚之间的润湿角θ;而对于非平面电沉积载体,它们的几何形状也影响金属镁沉积的优先形核位点,由异相形核临界形核功计算公式
可以看出,形状因子f(θ)确定了临界形核功的大小,及形核势垒的大小。由于金属在凹面衬底上形核时所需要的临界晶核体积要小于在平面衬底和凸面衬底上的临界晶核体积,因此构建凹面衬底可以促进金属的电沉积形核过程,可以大大降低金属形核的过电势。
综合以上考虑,本工作设计并构建了具有垂直排列结构特点的氮/氧共掺杂碳纳米纤维阵列一体化电极。通过第一性原理计算表明,该电极中丰富的氮/氧掺杂碳缺陷为金属镁的形核提供了丰富的位点,有利于金属镁晶核的均匀分布;均匀排列的较短纳米阵列结构能够起到匀化电极表面电流密度的作用,而且垂直排列的纳米阵列结构组成了大量具有“凹表面”特点的微通道,这些“凹表面”微通道可以通过几何限域效应促进金属镁的优先形核。因此,所制备的垂直排列结构特点的氮/氧共掺杂碳纳米纤维阵列一体化电极表现出一种独特且高度可逆的“填坑式”沉积特点,该电极即使在较高电流密度下也表现出较低的成核过电势和高度可逆的Mg沉积/溶解循环性能。
本成果获得了国家自然科学基金和山东省自然科学基金等项目的资助。

来源:青岛科技大学

文章链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202100224


“镁产业链与镁市场论坛”特设镁基储能”专题,关注这一产业链新蓝海,镁应用新亮点。根据国内外多方研究进展,镁作为储能材料,将在碳达峰和碳中和战略下展现神威,成为新能源产业的又一重要风口。金属镁作为除稀土之外,中国最有优势的能源金属,将为国家低碳经济提供“绿色动力”。

 

镁产业链与镁市场论坛““镁基储能”专题,已经邀请国内领先研究机构的知名专家讲述相关开发应用进展,展现“镁基储能”应用场景,展望“镁基储能”产业前景!

镁产业论坛镁固态储能相关报告包括:


主旨报告:

低碳战略下镁材料及镁产业的挑战与发展路径

潘复生 中国工程院院士

            国家镁合金材料工程技术研究中心主任

专题报告:

镁基储氢材料在储能中的应用

蒋利军 首席专家 有研科技集团

镁基储氢材料的开发与商业化前景

陈玉安 教授 国家镁合金材料工程技术研究中心

高能量密度镁基储氢在氢能行业的应用

邹建新 CTO 氢储(上海)能源科技有限公司

            教授 上海交通大学

盐湖镁资源储能及综合利用的研究

张奎 技术总监/博导 有研科技集团有研工程技术研究院

镁离子电池的研发进展

黄光胜 教授 国家镁合金材料工程技术研究中心

更多镁业论坛报告内容,请点击查看:

【镁产业链论坛】更多准备、更多响应、更多参与、更多期待!


2021镁产业链与镁市场论坛

20218月2-4 

安徽省巢湖市

 

主办单位

尚镁网

尚轻时代金属信息咨询(北京)有限公司


 特别支持单位

国家镁合金材料工程技术研究中心


支持单位

南京云海特种金属股份有限公司

  陕西天宇镁业集团有限公司   

山西瑞格金属新材料有限公司

陕西绥德臻梦镁合金材料有限公司   

陕西榆林镁业(集团)有限公司

天津东义镁制品股份有限公司

山西八达镁业有限公司   

青海盐湖特立镁有限公司

榆林市天龙镁业有限责任公司

府谷京府煤化有限责任公司   

北京华北轻合金有限公司

浙江泰合盛新材料科技有限公司   

河南镁业有限公司

河南明镁镁业科技有限公司   

陕西德铝贸易有限公司

鹤壁江浪金属有限公司

山西国际进出口有限公司


                      ……更多支持单位 持续更新

            

论坛主题

碳达峰和碳中和战略下镁产业链的挑战与机遇      


一、活动背景

       2021年是“十四五”的开局之年,是我国全面建成小康社会、实现第一个百年奋斗目标之后,开启全面建设社会主义现代化国家新征程的新起点。立足新发展阶段、贯彻新发展理念、构建新发展格局,推动高质量发展,成为各地方和各行业经济社会发展的主题。


        镁材料作为轻量化和功能材料,在推动绿色低碳、高质量发展中将发挥重要作用,展现更大作为。在当前资源、能源、大宗原材料价格持续高涨的新形势下,金属镁的性价比优势再度凸显,镁及镁合金创新开发应用案例不断涌现,内需市场逐渐回暖,并将迎来扩大应用的新机遇,特别是在固态储能、轻量化、智能制造、绿色建造、医疗健康等领域将开辟新市场。


       与此同时,在新发展格局和发展路径下,镁产业链发展模式也面临可持续性方面的短板和挑战,亟待加快供给侧改革,加快产业转型和产业升级。镁产业链参与者的沟通和协作,将是实现多赢、做大、做优、做强镁价值链的必由之路。


       在这个特殊和关键时刻,尚镁网联合多家合作单位,于20218月2-4日举办“2021镁产业链与镁市场论坛”,为镁产业链企业和用户、研发机构搭建信息和合作的平台。目的是及时交流镁行业与市场信息,研讨镁制造和应用的前研科技,为镁产业链企业商业合作、投资合作提供机会,共同谋划镁业发展的新蓝图,共启新征程。同时,镁产业链各方将借此机会集中展现创新成果,传达行业声音,营造产业良好发展的氛围。


       论坛主办方尚镁网由尚轻时代金属信息咨询公司运营,创办15年来,已经成为国内重要的镁信息集散和发布平台,尚镁网站会员和公众号阅读者众多,涵盖镁产业链的各个层面,在镁业界有广泛影响力和号召力,是中国镁产业链重要的信息风向标和产业推动力。 


     2021镁产业链与镁市场论坛的举办恰逢其时,具备天时、地利、人和!

期待合作,欢迎参与!

 

二、时间及日程

 

日期

时间

日程安排

82

9:00-18:30

现场报到/注册

16:00-18:30

商务对接活动

18:30-20:00

自助晚餐/嘉宾酒会

83

 

9:00-9:15

开幕式/嘉宾致辞

9:15-11:30

大会演讲

(镁基储能专题)

11:30-12:00

企业信息发布

12:00-14:00

商务午餐

14:00-17:30

专题演讲

19:00-20:30

会议晚宴

84

9:00-12:00

专题演讲

14:00-16:30

参观巢湖云海镁业和巢湖宜安云海科技



三、演讲嘉宾及主题


主旨报告:

低碳战略下镁材料及镁产业的挑战与发展路径

潘复生 中国工程院院士

            国家镁合金材料工程技术研究中心主任


专题报告:

镁基储氢材料在储能中的应用

蒋利军 首席专家 有研科技集团


镁基储氢材料的开发与商业化前景

陈玉安 教授 国家镁合金材料工程技术研究中心


高能量密度镁基储氢在氢能行业的应用

邹建新 CTO 氢储(上海)能源科技有限公司

            教授 上海交通大学


盐湖镁资源储能及综合利用的研究

张奎 技术总监/博导 有研科技集团有研工程技术研究院


镁离子电池的研发进展

黄光胜 教授 国家镁合金材料工程技术研究中心


府谷镁产业的现状及转型升级之路

陈根永 董事长 陕西天宇镁业集团有限公司

            会长 府谷县镁工业协会


镁生产的碳足迹及交通工具中镁部件应用的生命周期评估

甄子胜 技术总监 海镁特镁业有限公司 


镁冶炼节能减排路径及基于CO2循环的低碳高效白云石煅烧新工艺

夏德宏 副院长/教授 北京科技大学能源与环境工程学院


为汽车及3C行业高端客户提供高质量、可持续性的镁铝合金材料

曾峥嵘 副总经理 山西瑞格金属新材料有限公司


打造宝武镁业,缔造镁产业生态圈的进展与构想

祁卫东 总裁 宝钢金属有限公司


青海盐湖镁业在低碳发展战略中的机遇与后发优势

刘国建 总经理 青海盐湖镁业有限公司


产融结合—榆林镁业集团在镁市场的角色与作用

周军虎 总经理 陕西榆林镁业(集团)有限公司


八达镁业—原镁及镁合金企业的高质量发展与新产品开发

刘璐 营销副总 山西八达镁业有限公司


镁合金汽车轮毂的商业化应用案例介绍

王建锋 博士/执行院长 通用汽车中国科学研究院


镁合金在汽车轻量化的应用

毛海  总经理 北京华北轻合金有限公司

     秘书长 中国新能源及智能汽车产业投资联盟

        

镁合金物流托盘的制造及应用优势

王鸿远 董事长 河南明镁镁业科技有限公司


一体化综合性镁合金加工企业发展之路与市场拓展

崔凯 副总经理 山西银光华盛镁业股份有限公司


镁合金挤压技术及市场发展

穆锦瑶 董事长 天津东义镁制品股份有限公司


以产业融合互动推进镁精深产业园区建设,打造“中国镁谷”

延双鹤 总经理 河南镁业有限公司


生物可降解医用镁合金产品的开发与应用进展

李卫荣 副总经理 东莞宜安科技股份有限公司


镁业新征程—国内外镁工业与镁市场现状及展望

董春明 总经理 尚镁网/尚轻时代金属信息咨询(北京)有限公司


……演讲嘉宾、题目、顺序以现场日程安排为准

 

四、邀请参会人员

    镁及镁合金材料生产企业、镁合金加工生产企业、镁合金用户及零部件制造企业(汽车及交通、3C、消费品、建筑、机械、工具、新能源等)、镁研发及学术机构、镁贸易商、相关装备制造和原辅材料供应商、投融资机构、工业园区及产业链其他相关单位。

 尚镁网定向邀请重点镁企业和用户参会,广泛邀请产业链相关单位参会。

 会议支持方、合作方及赞助单位邀请其客户、合作单位参会。

 为增强会议的交流效果,会议对重要镁合金终端用户单位的代表免收会议费。

 

五、会务事项

1. 参会注册报名

参会单位可在尚镁网或尚镁网微信公众号下载注册表,也可以致电会务组索取注册表。填好后请以邮件、微信方式发给会务组。也可以在线注册。

注册成功后请办理提前汇款手续,会务费到账后注册生效。

会务费收费标准

  • 会务费:2400元/人(6月30日前汇款2000元/人)

  • 同一单位两人及以上:2200元/人(6月30日前汇款1800元/人)

  • 尚镁网网站会员:免费(每公司限免1人,指缴纳2021年尚镁网会员费的单位)

  • 镁合金终端用户单位:免费(每公司限免1人,需经主办方提前确认)

(镁及合金终端用户单位指:汽车、自行车、摩托车整车厂;手机、电脑、通讯器材、工具、休闲用品、医疗制品、航空、军工等终端产品制造商/品牌商。其免费参会资格需经主办单位会前确认。)

 

2.酒店预订:

在代表缴纳注册费后,会务组发出订房信息表,请自行联系酒店提前办理订房手续。

 

六、商务合作

    镁产业链相关人士将集聚深圳,共商共议构建新型镁产业生态链,将成为镁业界商务合作的新平台和最佳机会。主办方将为支持单位提供展示新理念、新成果、新产品,交流新技术、新信息的窗口。

期待您的企业利用如下商务合作方式,开拓新商机:

  • 会议协办单位、赞助商(附有回报方案)

  • 会场展位、展台、会刊广告预订(数量有限,先订先得)

  • 宴会、午餐、晚餐、茶歇冠名

  • 代表礼品赞助、信息发布、资料发送等

如欲了解论坛商务合作事项,请向会务组联络索取相关信息。余量十分有限,先订先得!

 


获取论坛注册表:

点击本微信底部的“阅读原文”下载Word版

访问“尚镁网”网站首页下载Word版

www.chinamagnesium.net

添加会务人员微信索取


会务组联络:

刘  莹: 13520875299  010-88479110

              邮箱:sprina.liu@metalprospect.com

骆社娟:13718498049  010-57267348

              邮箱:luoshejuan@126.com

本篇文章来源于微信公众号: 尚镁网