Анализ дилеммы литий-ионной батареи

В 2012 году Государственный совет обнародовал «План развития энергосбережения и индустрии транспортных средств на новой энергии (2012-2020 гг.)», В котором четко указано, что разработка транспортных средств на новой энергии в Китае будет сосредоточена на электромобилях с литий-ионными аккумуляторами LIB-EV). В последние годы чистые электромобили с литий-ионными аккумуляторами стали абсолютным мейнстримом автомобилей на новой энергии в Китае. Литий-ионные аккумуляторы объединили рынок аккумуляторных батарей для электромобилей в Китае.

В декабре 2014 года Toyota, крупнейшая в мире автомобильная компания, официально представила первый в мире серийный электромобиль на топливных элементах (PEMFC) Mirai (FC-EV). После этого Honda также представила свой новый автомобиль на топливных элементах FCV Clarity во второй половине 2015 года. С тех пор Nissan, Hyundai, GM, BMW и VW обнародовали свои собственные планы по индустриализации электромобилей на топливных элементах в последние два года.

Мы видим, что Китай и Япония (и действительно основные автомобильные компании в Южной Корее, Европе и США) выбрали разные технологические пути для чистых электромобилей. Столкнувшись с реальностью мелкомасштабного коммерческого производства автомобилей на топливных элементах Toyota, Honda и Hyundai (FC-EV), первое, о чем нам нужно подумать, - это то, почему Китай и Япония выбрали разные технологические маршруты при разработке чистых электромобилей. Или какая система питания больше подходит для чисто электромобилей?

По сути, вторичные батареи, включая литий-ионные, представляют собой устройства хранения энергии, которые накапливают и выделяют электрическую энергию посредством обратимых электрохимических реакций. Топливный элемент (PEMFC) - это устройство для производства электроэнергии, которое преобразует химическую энергию топлива в электрическую посредством электрокаталитической реакции. Хотя топливные элементы также называют «батареями» (причина перевода на китайский язык), их основной режим работы несколько похож на режим работы двигателей внутреннего сгорания и существенно отличается от обычных вторичных батарей. Природа двух электрохимических систем питания различается, что напрямую определяет их различное расположение на уровне приложения.

В настоящее время Китай в основном рассматривает литий-ионные батареи как единственный выбор при выборе источника питания (элемента питания) для электромобилей. В отечественной литиевой промышленности также популярна эта странная теория о том, что «литий-ионные батареи заменят другие вторичные батареи» или «литий-ионные батареи широко используются в качестве универсальных батарей».

Думаю, необходимо уточнить некоторые базовые знания о литий-ионных аккумуляторах. По мнению автора, литий-ионные аккумуляторы имеют две основные проблемы, из-за которых трудно стать основным источником энергии для транспортных средств большого и среднего размера: дилемма безопасности и узкое место плотности энергии.

Дилемма безопасности: прежде всего, я хочу здесь подчеркнуть, что с самой основной термодинамической точки зрения существующая система литий-ионных батарей термодинамически нестабильна. Причина, по которой он может работать стабильно, заключается в том, что пассивирующая пленка на положительных и отрицательных поверхностях динамически изолирована от дальнейшей реакции высокоактивных положительных и отрицательных материалов с электролитом, а тепловой разгон, вызванный различными факторами, является разрушением положительные и отрицательные поверхности. Самая прямая причина использования пассивирующей пленки, этот научный вопрос будет иметь решающее значение для объективного понимания безопасности литий-ионных батарей.

Любая вторичная аккумуляторная батарея, имеющаяся в продаже, требует эффективных мер по предотвращению перезарядки, чтобы обеспечить полную зарядку аккумулятора и избежать проблем безопасности, вызванных неправильной перезарядкой. Будь то водная система или органическая вторичная батарея, безопасность зарядки основана на основном принципе положительной предельной емкости (отрицательной избыточной емкости). Если это предположение исчезнет, последствием перезарядки будет то, что вторичная батарея водяной системы вырабатывает водород, а для литиево-ионных батарей это отрицательная литиевая хроматография.

Однако различные водные вторичные батареи могут эффективно использовать реакцию разложения воды, чтобы использовать принцип «кислородного цикла» для достижения защиты от перезаряда. Хотя водяные вторичные батареи ограничивают их дальнейшее увеличение плотности энергии из-за напряжения разложения воды, важно помнить, что вода также является почти идеальным и незаменимым решением для защиты от перезарядки водяных вторичных батарей. В литий-ионных батареях, когда отрицательный электрод выделяет высокоактивный металлический литий, неизбежно возникают проблемы безопасности, потому что металлический литий не может быть удален внутри батареи.

Поэтому в определенном смысле с литий-ионными аккумуляторами проблема безопасности не решает! Благодаря комплексному применению некоторых технических мер, таких как технология терморегулирования (электрод PTC), керамические покрытия положительных и отрицательных поверхностей, добавки для защиты от перезаряда, чувствительная к напряжению диафрагма и огнестойкие электролиты, можно эффективно повысить безопасность литиевого электричества. Однако эти меры не могут принципиально решить проблему безопасности литиевого электричества, поскольку литиевое электричество является термодинамически нестабильной системой.

С другой стороны, эти меры не только увеличивают стоимость, но и снижают удельную энергию аккумулятора. Ограничение емкости мономерного сердечника силового элемента по-прежнему является необходимой мерой для повышения безопасности. Я хочу здесь подчеркнуть, что BMS не может решить проблему безопасности литий-ионных элементов питания. Это определяется основным принципом работы BMS.

Если мы рассмотрим вышеперечисленные факторы, мы поймем, что «безопасность» литиевого электричества носит относительный характер. В последние годы отечественная литий-ионная промышленность была наполнена идеей, что литий-ионные батареи объединят реки и озера и заменят другие вторичные батареи. Этот аргумент, несомненно, смехотворен с точки зрения безопасности.

Страница содержит содержимое машинного перевода.