Есть ли дальнейшее улучшение плотности энергии литиевых батарей?

В настоящее время чистые электрические транспортные средства первое препятствие, с которым сталкивается крупномасштабная индустриализация, - это проблема «беспокойства по поводу дальности». Для чисто электрических транспортных средств, его диапазон сделан, аккумуляторная система питания может хранить электрическую энергию, поэтому плотность энергии энергосистемы стала решающий фактор, ограничивающий диапазон электромобилей.

Сможет ли плотность энергии литий-ионных аккумуляторов улучшить пространство?

Расчеты BMW показывают, что потребители чистых электромобилей могут согласиться с наименьшим фактическим пробегом, равным 300 км (примерно у обычных автомобилей треть полного диапазона масляного бака), если сохранить систему питания от аккумуляторной батареи и вес существующей мощности обычного семейного автомобиля. Поезд (силовой агрегат мАч) были аналогичными, плотность энергии силовой аккумуляторной системы достигла уровня 250 Втч / кг, то есть плотность энергии мономера батарей достигала 300 Втч / кг.

Таким образом, нынешняя литиевая электрическая система, для обеспечения безопасности, в соответствии с предпосылкой округлости и других технических показателей, ее плотность энергии может достигать 300 Вт / кг?

Даются литий-ионные аккумуляторы с точки зрения их теоретической плотности энергии по анодным материалам и оценка рабочего напряжения. Здесь автор отказался от концепции сложной электрохимической и структурной химии, провел простой анализ.

Существующая система литиевого электричества может быть только «наполовину» высокоэнергетической батареей, поскольку ее высокая удельная энергия в основном основана на низком электродном потенциале катода и коммерциализации нескольких анодных материалов из оксидов переходных металлов (LCO, LMO, LFP и NMC. ) рабочее напряжение и удельная емкость не были значительно лучше, чем у водяной системы из катодного материала вторичной батареи.

Таким образом, если вы хотите сделать литиевое электричество «настоящей» высокоэнергетической батареей, только два пути: увеличьте напряжение батареи или материалы анода. Поскольку катод не снижает вероятность рабочего напряжения, высокое давление должно быть сосредоточено на материале анода. .Никелево-марганцевую шпинель и твердый катодный материал на основе лития-марганца (OLO) при зарядном напряжении 5 В и 4,8 В соответственно необходимо использовать новую систему высоковольтного электролитического флюида.

5 v никелевый галаксит из-за низкой емкости и фактически не может эффективно улучшить удельную энергию батареи. В настоящее время фактическая емкость OLO может достигать более 250 мАч / г, что уже очень близко к слоистой теории анодной емкости оксида переходного металла.

Композитные катодные материалы Si / C и анодные материалы из кремниевого сплава с удельной емкостью достигли 600-800 мАч / г, диапазон емкости почти практически соответствует его практическому пределу (обеспечение надлежащей циркуляции и подавления изменения объема). Если OLO и анод на основе кремния большой емкости коллокация, плотность энергии около 350 Вт / кг.

Я хочу подчеркнуть, что для небольшого объема ячейки 3 c плотность энергии более важна, чем качество плотности энергии, то есть слоистый катодный материал (LCO и NMC) обеспечивает более высокое напряжение и более высокое содержание никеля, шумиха, чем в настоящее время это очень популярный твердый раствор на основе лития-марганца, более практичный для применения в качестве анода.

Технология LCO с более высоким напряжением и более высоким содержанием никеля. Трехкомпонентный материал NMC становится все более зрелым, будущее - более высокое давление или более высокое содержание никеля в слоистом катодном материале с высокой емкостью композитного катода Si / C или анодных материалов из сплава, небольшая плотность энергии электричества лития 3 C составляет вероятно дальнейшее повышение до уровня 300 Вт / кг.

Чтобы еще больше улучшить электричество лития, чем энергию, он должен разорвать связь механизма реакции встроенного сейчас, как и другие обычные химические источники энергии используют механизм поэтапного РЕДОКС, а именно использование анода из металлического лития. Но дендрит лития легко вызвать короткое замыкание. цепь и высокоактивный дендрит и сильная реакция жидкого органического электролита, в результате чего проблема вернулась к исходной точке для литий-ионной батареи.

Фактически, основная причина литий-ионной батареи с графитовым катодом заключается в том, что литиевые соединения с графитом (GIC), предотвращающие образование дендрита металлического лития, GIC и высокоактивное снижение металлического лития, позволяют иметь стабильную Интерфейс SEI. Таким образом, на основе встроенной реакции литий-ионного аккумулятора на самом деле пришлось пойти на компромисс!

За последние два года международные исследования анода из металлического лития вызвали небольшой всплеск, например, в последнее время очень популярна шумиха вокруг американской Solid Energy. На самом деле с точки зрения фундаментальных исследований это хорошо понятно, и, как я упоминал ранее, возможности у анодных материалов не так много возможностей для улучшения, электролит мало что сделает для улучшения, плотность энергии увеличилась, поэтому остальное можно начинать только с катода, использование металлического анода литиевой батареи, естественно, является «окончательной литиевой батареей».

Теоретически ИСПОЛЬЗОВАНИЕ неорганического твердого электролита, полимерного электролита или жидкого электролита с добавлением специальных добавок, вероятно, облегчит образование дендрита лития, но при фактическом производстве батарей возникнет множество технических трудностей. металлический литий в качестве отрицательного «предельного литиевого аккумулятора», но вопросы безопасности будут первым решающим фактором.

Я лично считаю, что все твердотельные литий-ионные аккумуляторы на основе неорганического твердого электролита (полностью твердотельные литий-ионные аккумуляторы), вероятно, сделают возможным практическое применение литий-металлического анода. Toyota (Toyota) в Японии является мировым лидером в этой области. твердотельные батареи, в настоящее время разработанный прототип батареи на техническом уровне опережает другие компании и исследовательские институты, и Toyota имеет почти 20 лет исследований и разработок в этой области.

Но большая мощность батареи для ряда технических показателей строго ограничена, по выбору материала электродов, системному расположению, процессу полюсного наконечника и конструкции ячеистой структуры отличается от малых батарей 3 c. Эти факторы делают даже то, что одинаковы по всей длине. коллокация системы, большая плотность энергии батареи мощности, чем батарея малой емкости низкая.

Например, исходя из соображений безопасности и циклических факторов, силовая батарея должна пытаться поддерживать уровень низкого напряжения (В) 4,2 / 4,3, то есть стратегия с малой батареей высокого напряжения 3c может не подходить.

В настоящее время плотность энергии мономерной батареи мотивации из большого тройного материала LG превышает уровень 220 Вт / кг. Я лично считаю, что в области технологий еще есть дальнейшее продвижение, мономер в будущей тройной батарее питания должен быть в состоянии достичь уровня 250 Вт / кг.

Но в соответствии с требованиями к безопасности и циклическим температурным характеристикам, а также с точки зрения затрат с учетом дальнейшего улучшения общей плотности энергии жидких литий-ионных мономерных батарей, это было бы очень сложно с технологической точки зрения. до 45%), то есть 200 Вт · ч / кг может быть нормальной плотностью энергии литий-ионной аккумуляторной батареи узким местом системы.

Страница содержит содержимое машинного перевода.