Какова ведущая в мире исследовательская группа по литиевым батареям и направление исследований?

Аккумуляторные технологии в развитии общества играют важную роль в устойчивой экологически чистой энергии. По сравнению с традиционными Ni-Mh батареями, широко используются свинцово-кислотные батареи, литий-ионные батареи с высокой плотностью энергии, без эффекта памяти, низким уровнем загрязнения окружающей среды и т. Д. в области хранения и преобразования энергии.Теперь, поскольку литий-ионные батареи питают аккумуляторные батареи в электромобилях, таких как Tesla, BYD, имеют большую долю рынка, ожидается, что к 2020 году глобальные литий-ионные аккумуляторы, размер рынка, как ожидается, составит достигнет 450 миллиардов юаней.

Литий-ионный аккумулятор впервые был разработан компанией SONY в Японии в 1990 году. Традиционные анодные материалы для литий-ионных аккумуляторов для литий-кобальтовой кислоты (LiCoO2), для графитовых анодных материалов (C), сложных эфиров в качестве электролита аккумуляторных батарей. Реакция электрода аккумулятора выглядит следующим образом :

Однако удельное хранение фактических литиевых материалов на основе кобальтовой кислоты составляет всего около 150 мАч / г, при низкой плотности энергии литий-ионной батареи емкость ограничивает мономер, всего около 150 Втч / кг. Как и следовало ожидать от аккумуляторной батареи автомобиля, производящего электромобили. Последний электромобиль Tesla ModelX, например, аккумуляторный блок состоит из более чем 7000 секций литий-ионного аккумулятора 18650, весит тонну. Тяжелая батарея увеличивает вес автомобиля. автомобиля, уменьшите пробег автомобиля после полного заряда примерно на 400 километров. Поэтому разработка литий-ионных аккумуляторов с высокой плотностью энергии особенно важна.

В настоящее время изучение литий-ионных аккумуляторов с высокой плотностью энергии было от начала до существенного развития. Положительные материалы основных областей исследований сосредоточены на аккумуляторе, материале катода. Аккумуляторные анодные материалы из высокосернистого никелевого материала анода и анодного материала. В аспекте исследования катода в основном сосредоточены на оловянном аноде, кремниевом аноде и металлическом литиевом аноде. В настоящее время существует много групп, занимающихся изучением твердого электролита. , в основном для решения проблемы скрытой опасности безопасности жидкого электролита легковоспламеняющихся. Кроме того, в исследовании анода из металлического лития, введение и использование твердого электролита может подавить рост дендрита лития. В этой статье объединение с частями литиевой батареи в мире. команда, чтобы сделать простое введение, и разрабатывает горячие направления исследований в отрасли.

ДжонБаГуденаф

Доктор Гуденаф, профессор Чикагского университета в 1952 году. В настоящее время работает на факультете машиностроения США в Техасском университете в Остине, штат Техас. Профессор Гуденаф - известный физик, солидный член Национальной академии наук, Академии наук США. инжиниринг, королевское общество для иностранных академиков.Он литий-кобальтовая кислота, литий-марганцевая кислота и литий-железо-фосфатный литий-ионный аккумулятор, катодный материал изобретателя, также является одним из основоположников научной основы, литий-ионные батареи называют «отец» литиевой электроэнергетики. Профессор Гуденаф опубликовал более 700 журнальных статей, опубликованные статьи цитировались более 46500 раз.

В последние годы профессор Гуденаф продолжает глубоко любить литий-ионные батареи, ионно-натриевые батареи, интенсивные исследования. В то же время он также будет развивать свою область исследований в области изучения твердого электролита литий-ионных батарей. Статьи по исследованию твердых электролитов опубликованы в Журнале Американского химического общества (10.1021 / jacs.8 b03106). Профессор Гуденаф считает, что гранатовый твердый электролит имеет очень высокую проводимость при комнатной температуре, подходит для твердого электролита литиевой батареи с использованием идеального материала. Исследование использовало новую стратегию для улучшения интерфейса LLTO (Li7La3Zr2O12) граната, которая значительно снижает литий и импеданс границы раздела граната, ингибирует образование дендрита. Таким образом, уменьшая сборку Li / используйте гранат / LiFePO4 и Li - S твердотельные батареи электрического потенциала, повышающие эффективность кулонов и стабильность цикла, имеют широкую перспективу применения. Проблема твердого электролита, литиевой батареи и дендрита литиевой батареи будет решена, использование лития большой емкости в качестве отрицательного будет иметь большое развитие и применение в будущем.

Рисунок а, гранатовый LLZT и LLZT - C твердотельный электролит литиевой батареи. (10.1021 / jacs.8 b03106)

PeterG．Bruce

Профессор Брюс - профессор Оксфорда, факультет больших материалов. Королевская академия наук, инженерная академия, королевское общество иностранных академиков опубликовали более 400 журнальных статей, совокупные справочные статьи опубликованы более 55100 раз, H-фактор - 97.

Исследовательское направление команды профессора Брюса было сосредоточено на литиево-воздушных батареях, литий-ионных батареях, таких как направление натрий-ионных батарей. Что касается катодного материала литий-ионных батарей, исследования профессора Брюса в основном включают LINixMn1 - xO2, xLi2MnO3? (1 -) x и LiMO2 Li2FeSiO4 исследования и разработки анодных материалов высокой емкости, а также исследование механизма их реакции.

Недавно профессор Брюс изучил материал катода ионно-натриевой батареи и сделал большой прорыв в исследованиях и опубликовал в Nature ZiKan (NatureChem., 10,288, 2018-2018) статью, в которой сообщалось о слоистом слое P2 Na2 / 3 [Mg0,28 Mn0,72] O2. Катодный материал ионно-натриевой батареи имеет отношение емкости почти 170 мАч / г и почти 2 разрядное напряжение 75 В. И что стабильность высокой емкости от структуры материала и окислительного восстановления кислорода. Когда ионы натрия отсутствуют, низкое содержание натрия для облегчения образования структуры окислительного слоя O2. Помимо кислорода в процессе зарядки и разрядки происходит РЕДОКС-реакция и вклад в дополнительную емкость. В то же время введение магния 2+ и ингибирование потеря кислорода.Работа материала катода литий-ионной батареи электричества и явления восстановления окисления кислорода натрия и обеспечивает дополнительную емкость при условии дальнейшего понимания, а также обеспечивает конструкционные материалы из str Структура и компонент, препятствуют потере кислорода, чтобы реализовать новый способ использования анодного материала большой емкости.

Рисунок 2, диаграмма структуры материала P2 Na2 / 3 [Mg0,28 Mn0,72] O2 (NatureChem., 10,288, 2018-2018)

Клэр ПиГрей

Клэр Грей получила докторскую степень в Оксфордском университете в 1991 году, профессор химии в Кембриджском университете, в настоящее время является членом королевского общества государственного университета Нью-Йорка в Стоуни-Брук по совместительству. более 300 международных публикаций, опубликованных в журнальных статьях, совокупные справочные статьи опубликованы более 23600 раз, фактор H для 78. В настоящее время профессор Грэя - журнал американского химического общества, Джоуль, отчеты о химических исследованиях известных международных журналов, таких как редакторы.

Основная исследовательская работа команды профессора Грея ведется в следующем направлении: технология литий-ионных аккумуляторов, технология ионно-натриевых аккумуляторов, новый тип воздушно-литиевых аккумуляторов, ионно-магниевые аккумуляторы и перспективные области исследований, такие как твердый электролит. Серый цвет в материале катода литий-ионной батареи в сочетании с его преимуществами и характеристикой передовых технологий, с точки зрения характеристики материала и моделирования, был проведен во многих исследованиях.

На рисунке 3 изображен Грей, профессор исследования структуры шпинели лития, оксида переходного металла последних достижений (Chem.Mater.2018, 30,817? 829). На основе исследования LiTIxMn2 - xO4 (0,2 x 1 или меньше или меньше 5) материала, использование методов ЯМР-характеризации, таких как объединение теории расчетов DFT, для изучения влияния LTMO TI, легированного с различной структурой. В ходе исследования было обнаружено, что наличие TI, легированного TI, делает структуру материала изменяется с изменением содержания TI. в X = 0,2 LTMO Ti4 + и Mn3 + / 4 + демонстрируют случайное распределение; в X = 0,4, когда они богаты Ti4 + и Mn4 + с неоднородной решеткой; в X = 0,6 и 0,8 при образовании однофазного твердого раствора; в то время как при x = 1 присутствует тетраэдр Li - Mn2 + и конфигурация октаэдра Li - Mn3 + / 4 + - Ti. Эта работа направлена на изучение структурных изменений в других материалах электродов батареи, обеспечивающих справочная база.

ИНЖИР. 3, LiNi0.8 co0.15 al0. Al o2, Li, Ni, Co, карта пространственного распределения ионов O (Chem.Mater.2018, 30, 817–829).

Профессор Йи Цуй получил степень доктора в Гарвардском университете в 2002 году, в настоящее время является профессором факультета материаловедения и инженерии Стэнфордского университета. Профессор Йи Цуй опубликовал более 700 статей в международном журнале и занимает лидирующие позиции в международных публикациях. Nature and Science и его ZiKan опубликовали в общей сложности 88 статей, опубликованные статьи цитировались более 116300 раз, фактор 160 H. В настоящее время является заместителем редактора всемирно известных журналов Nanoletter, редакторами журнала ACSappliedenergymaterial и т. Д.

Исследования команды профессора И Цуй сосредоточены на кремниевом аноде литий-ионных аккумуляторов, получили много выдающихся достижений в области кремниевых анодов. В то же время, в последние годы в отношении литий-металлических анодов и литий-серных батарей было сделано много отличных достижений. Особенно за почти три года в исследовании металлического лития-анода был достигнут прорывной прогресс, и в журналах Science, Nature Nanotechnology, Nature Energy и других ведущих международных журналах было опубликовано много статей подряд.

На Рисунке 4 показано последнее исследование профессора Икуи кремниево-литиевого сплава большого размера - гибкого графенового электрода (Nature Nanotech., 12,993, 2017-999), электрод состоит из активных наночастиц литий-кремниевого сплава, а крупноразмерный слой графена имеет равномерное покрытие. Эта структура эффективно подавляет эффект объемного расширения, вызванный легированием кремния, и препятствует росту дендрита лития, обеспечивает отличную стабильность цикла и удельную энергию 500 Вт · ч - 1. Ожидается, что разработка анода из кремниево-литиевого сплава будет сочетаться с серным катодом с высокой плотностью энергии литиево-серно-кремниевого сплава и будет иметь широкий спектр применений.

ИНЖИР. 4. Электрохимические характеристики гибкого электрода кремния, литиевого сплава и графена (NatureNanotech., 12,993, 2017-2017).

LindaF．Nazar

Линда Назар, профессор университета Торонто в 1984 году, доктор философии. В настоящее время профессор химии в университете Ватерлоо в Канаде, национальный главный ученый Канады, Королевская академия наук Канады. Профессор Назар опубликовал более 300 научных работ по теме. всемирно известный журнал, опубликованные статьи были процитированы более 34600 раз, фактор H - 89. В настоящее время это всемирно известные журналы Energy & EnvironmentScience, редакторы журналов ACSCentralScience и т. д.

Назарское направление исследований профессора, специализирующегося на литиевых батареях и литиево-воздушных батареях, она считается «королевой литиево-серных батарей. В последние годы исследовательское направление команды одновременно расширилось на защиту литиевого катода и неорганические твердые вещества. Электролит и прорыв. На рисунке 5 показан недавний Назар, профессор новой стратегии защиты анодов из металлического лития (Joule, 2017, 1871-886), работа по добавлению электролита P2S5 в металлический литий на микронном уровне, с микронным уровнем высокая ионная проводимость, хорошая стабильность, интерфейс твердого электролита (SEI). Формирование SEI плотно прилегает к поверхности металлического лития, в зоне возвратно-поступательного осаждения металлического лития в процессе извлечения все еще остается стабильным, чтобы реализовать длительный цикл срок службы металлического литиевого анода.Кроме того, генерируемый SEI плотно контактирует с электродами и сдерживает дальнейшую реакцию металлического лития и электролита, препятствуя образованию дендрита на в то же время. В сочетании с анодным материалом Li4Ti5O12, все батареи в электрическом потоке 5 c для достижения стабильности цикла более четырехсот раз.

Рисунок 5, диаграмма процесса формирования SEI, диаграмма процесса ионно-электронного переноса и концентрация ионов, напряженность электрического поля, кривая изменения электрического потенциала (Джоуль, 1,871 2017-2017)

резюме

В сочетании с текущей динамической перспективой международных исследований, традиционные исследования материала литий-ионных аккумуляторов были в основном идеальными и реализовали индустриализацию. Горячие точки в исследованиях кремниевых анодов, оловянных анодов и других анодных материалов находятся от младенчества до стадии применения, настоящее исследование В статье также уделяется больше внимания нагрузке на материалы, сроку службы и практичности. Исследования литий-ионных аккумуляторов сосредоточены на текущем международном внимании к разработке литий-металлических анодов и твердотельных электролитов. При разработке соответствующих литиевых средств защиты используются литиевые металлические аноды и через Использование твердотельного электролита для решения проблем, связанных с другими батареями (таких как безопасность батарей, полисульфид, растворенный в литиево-серных батареях и т. д.), будет будущим направлением исследований и разработок. А также из традиционного бизнеса литий-ионных батарей кобальта кислотный литиевый анод и графитовый катод до трех юаней положительного и кремниевого углерода отрицательного Ожидается, что плотность энергии может достигать 300 Вт / кг. Позже с развитием кремниевого анода, анода с высоким содержанием кремния и никеля и катодной батареи постепенно появятся приложения и можно будет реализовать плотность энергии 400 Вт / кг. В 2030 году, благодаря литиевой защите и быстрому развитию технологии твердого электролита, литиево-серные батареи с длительным сроком службы будут выведены на рынок литиевой электроэнергии с плотностью энергии 500 Вт / кг. Разработка литий-ионных аккумуляторов с высокой плотностью энергии. существенно изменит существующую систему накопления энергии и значительно улучшит накопительную способность электрохимических накопителей энергии.

Страница содержит содержимое машинного перевода.