Как выбрать самую надежную технологию литиевых батарей

В последние годы электромобили и новая энергия стали важным направлением развития в Китае, и батареи можно назвать ключевой технологией в этой области. В то же время на рынке много новостей, касающихся аккумуляторов. Известие о том, что «X минут X секунд полностью заряжено, а время автономной работы составляет 1000 километров», потрясло общественность. Однако с профессиональной точки зрения мы должны быть осторожны с этими новинками.

Хотя технология аккумуляторов в последние годы улучшилась, их характеристики, похоже, далеки от ожиданий общественности: емкость аккумуляторных батарей, используемых в электромобилях, действительно увеличилась, но их пробег не является удовлетворительным; Что касается мобильных телефонов, Samsung лишь умеренно увеличил удельную энергию батареи, в сочетании с некоторыми проблемами управления и дизайна, NOTE 7 пострадал от «Ватерлоо». Хотя батареи стали горячей точкой в обществе, мы должны рационально осознавать, что, хотя есть много возможностей для развития батарей, нелегко выбрать жизнеспособный путь и пройти его (индустриализация на службе общества). Потому что выбор, исследования и разработки требуют больших усилий. Таким образом, для нынешней индустрии литиевых батарей и ожиданий общества в целом: ожидание общественности быстрой работы в кратчайшие сроки понятно, но нежелательно в отраслевой практике. Поэтому очень важно тщательно выбирать и проверять технологию литиевых батарей!

Хорошо известно, что литий-ионные аккумуляторы обладают хорошими комплексными характеристиками и являются основным фактором в бытовой электронике, электромобилях и даже в сфере накопления энергии. В последние годы социальные и профессиональные ожидания от них также были высокими. В настоящее время на рынке представлено множество технологий литиевых батарей, которые в некоторой степени привлекли внимание инвесторов и местных органов власти. Тем не менее, стоит отметить, что эти технологии, как правило, смешаны, и есть следующие ситуации: Некоторая упаковка очень хороша, но фактическая передовая технология - это большой вопросительный знак.

На этом фоне автор вводит базовые знания по проверке литий-ионных аккумуляторов с целью проведения научно-популярной пропаганды среди широкой публики.

Что такое литий-ионный аккумулятор? Как это работает?

Литий-ионная батарея - это вторичная батарея (батарея, которую можно многократно заряжать и разряжать), и в ее работе в основном используются ионы лития, перемещающиеся между положительным и отрицательным электродами. Во время заряда и разряда Li + (ион лития) интеркалируется и деинтеркалируется между двумя электродами, потому что ионы лития накапливают энергию в положительных и отрицательных материалах, а разница в энергии - это количество литиевой батареи, которое может быть сохранено / высвобождено. При зарядке Li + деинтеркалируется из положительного электрода, внедряется в отрицательный электрод через электролит, отрицательный электрод находится в состоянии с высоким содержанием лития, а положительный электрод находится в состоянии делитирования; На следующем рисунке представлена типичная схематическая диаграмма работы литий-ионного аккумулятора. Используемая реакционная система представляет собой самый классический катодно-графитовый анод из кобальтата лития.

Из-за ограничений природы материального тела во время процесса положительной реакции литиево-кобальтовая кислота обычно может удалить только 0,5 иона лития, и более чем это приведет к структурному разрушению и повреждению. Поэтому теоретическая емкость литий-кобальтовой кислоты обычно ограничена. Всего около 140 мАч / г, теоретическая плотность отрицательного графита составляет 360 мАч / г. Кроме того, среднее напряжение разряда литий-кобальтовой кислоты составляет 3,7 В (на самом деле оно постепенно падает с максимального зарядного напряжения 4,2 до примерно 3 В, 3,7 - среднее), и в то же время, учитывая очень низкое отрицательное потенциальное значение графита, соотношение различных других компонентов в батарее, и, наконец, мы можем получить литиевую батарею (например, мобильный телефон) с плотностью энергии около 160 Втч / кг.

Плотность энергии является самым основным основным параметром для различных аккумуляторов и должна и должна быть открытыми и прозрачными данными. Однако в обычно используемых литий-ионных батареях из-за различных материалов и технических систем плотность энергии может составлять от нескольких десятков (например, титанат лития) до примерно 200 Втч / кг. Когда это значение становится чрезвычайно высоким (или чрезвычайно низким), стоит сосредоточиться на следующем: с одной стороны, усилиями технических специалистов была достигнута высокая плотность энергии, и могут быть технические прорывы, которые стоит отметить; С другой стороны, не исключено, что некоторые люди преувеличивают производительность. Если данные о плотности энергии маркировать нелегко, потребители должны хорошо подумать, прежде чем покупать / инвестировать (потому что осторожное предположение: нежелание маркировать в основном связано с плохой производительностью). В основе батареи лежит электрохимическая наука, и для этой области существует простой, но самый базовый принцип: для любого типа батареи с механизмом хранения энергии необходимо написать соответствующее уравнение электрохимической реакции, чтобы можно было узнать ситуацию с ее напряжением. Определите его теоретический предел плотности энергии и т. Д., И это только самая основная информация для батареи. Независимо от того, насколько нова эта технология аккумуляторов (или просто то, что говорят другие люди), ее принцип должен быть записан в виде химического уравнения и реализован на бумаге, чтобы он мог выдержать проверку здравым смыслом в академическом мире. У меня недавно есть друзья, которым продвигали батарею, но продавцы очень сдержанно относятся к принципу самой простой реакции батареи из-за «боязни утечки» и говорят некоторые теории, которые нарушают базовые знания электрохимии, поэтому все же рекомендуется перед покупкой и внедрением этой технологии внимательно изучите ее. Будь осторожен. В случае с батареями механизм электрохимических реакций - самая основная информация, требует прозрачности, и это только первый шаг. Настоящая преграда для разработки аккумуляторов заключается в оптимизации материалов, общей структуры и процессов. Даже если основные принципы ясны, все же необходимо учитывать сложность реализации. Трудности разработки новых технологий выходят далеко за рамки воображения многих людей. В последние десятилетия промышленным достижениям Китая способствовал упорный труд технических специалистов, неустанная настойчивость и тщательные исследования. Промышленность аккумуляторных батарей в Китае не может достичь нынешних достижений без того же практичного духа и без серьезных исследований в области промышленного строительства.

Поэтому позвольте мне продлить его еще раз. Было проведено много предыдущих анализов сомнений по поводу «графеновых (базовых) (литий-ионных) батарей», «графеновых (литий-ионных) батарей» и «графеновых (литий-ионных) батарей». Других технологий, таких как свинцово-кислотная, нет).

Здесь снова подчеркивается, что графен используется в литиевых батареях и может использоваться только как отрицательный активный материал и проводящая добавка. Материал отрицательного электрода имеет высокую стоимость, низкую объемную плотность, впервые чрезвычайно низкую эффективность, и во время использования будут структурные изменения. Стоимость высока, и это в принципе невозможно. Как проводящая добавка он конкурирует с другими углеродными материалами и не имеет очевидных преимуществ. Он также сталкивается с рядом практических проблем, таких как рассредоточение проекта. Фактически, немногие из различных технологий графеновых батарей, представленных сегодня на рынке, готовы явно и открыто написать свои уравнения электрохимических реакций, чтобы их аналоги могли быть протестированы с научной точки зрения. Причина стоит задуматься.

Кроме того, в журнале Advanced Materials недавно опубликовано подробное описание того, почему графен в последние годы не добился значительных успехов в производстве батарей. Исходный адрес был: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201603421/abstract. Сейчас его переводит на китайский профессионал. Если интересно, пройдите по соответствующей ссылке: https://zhuanlan.zhihu.com/p/24844227.

Напротив, многие новые точки, такие как батареи, такие как алюминий и магний, действительно существуют за пределами технической надежности механизма реакции, поэтому есть, по крайней мере, место для дальнейшего обсуждения и анализа этой технологии.

Важно назвать имя - надежное оно или нет

Важно назвать - запоминающееся имя полезно для памяти и общения. На рынке есть много «графеновых батарей», которые распространяются таким образом. Главное преимущество в том, что его также легко запомнить. В отличие от трех литиевых батарей, кремниевый отрицательный аккумулятор, по-видимому, более распространен. Важно улучшить коммуникацию, но если название слишком важно, чтобы скрыть или исказить действительно основную и конкурентоспособную технологию, то это в некоторой степени вопрос названия. Фактически, литиевые батареи обычно называются в отрасли с общими правилами, которые можно кратко изложить здесь:

1) Названный в честь наиболее важного компонента, поскольку катодный материал литиевой батареи часто является наиболее важным звеном при принятии решения в отношении плотности энергии литиевой батареи, он назван наиболее часто. Например, литий-железо-фосфатные батареи, тройные батареи, литиево-кобальтовые кислотные батареи и так далее. С развитием технологий в последние годы появились или используются некоторые высокоэффективные материалы для отрицательных электродов, поэтому наименование литий-титанатных батарей, включая более поздние кремниевые отрицательные электроды (батареи), также является разумным. Точно так же этот принцип применим и к батареям других систем, таких как никель-водородные, свинцово-кислотные и т. Д. Почти название батареи может первоначально описывать основную реакцию. Здесь необходимо подчеркнуть: литий-ионные батареи с небольшим содержанием графена нельзя назвать графеновыми батареями, а воздушно-литиевые батареи с небольшим содержанием графена нельзя назвать графеновыми батареями. Это похоже на добавление глутамата натрия к рыбному мясу или считается только рыбным мясом. Конечно, если добавление графена действительно улучшает характеристики, тогда улучшенные характеристики должны подтвердить эффект, чтобы можно было убедить научные исследования и промышленность.

2) Названный в честь механизма / характеристики реакции, наиболее типичным является жидкостный аккумулятор. Батареи с жидкостным потоком - это положительные и отрицательные вещества, которые существуют в жидкой форме. Они разделены диафрагмой в разных полостях. Они транспортируются к границе раздела диафрагмы насосом для электрохимического отклика, чтобы реализовать батареи, которые накапливаются или высвобождаются за счет электрической энергии. С широко распространенной точки зрения можно понять, что жидкостные батареи представляют собой несколько химических резервуаров, которые перекачивают реакционные жидкости к границе раздела для накопления тока. Такая батарея имеет низкую плотность энергии, всего несколько десятков Вт · ч / кг, что подходит только для промышленных стационарных хранилищ и вряд ли может использоваться в автомобилях. Поскольку ванадиевая система в жидкостных батареях является относительно зрелой, ее иногда называют ванадиевой батареей. В предыдущем отчете говорилось, что в автомобилях используются «ванадиевые» батареи, объем рынка составляет триллионы долларов, а пробег - N километров. С профессиональной точки зрения это ложное сообщение. Конечно, автор не отрицает смысла ванадиевых жидкостных батарей: такие батареи имеют долгий срок службы, поэтому на сайте легкого хранения энергии сцены применения будут иметь свои уникальные преимущества.

Предварительное резюме: батарея названа в честь элемента основной группы или названа в соответствии с механизмом реакции и характеристиками. Короче говоря, он должен быть назван в честь его основных компонентов или наиболее характерных характеристик. После того, как эти принципы были отделены от именования, за этим может скрываться загадка: может быть смысл обработки упаковки с популярными концепциями, а может быть, это прикрытие ее технической сущности. Поэтому автор рекомендует, чтобы публика при просмотре некоторых профессиональных и модных названий аккумуляторов должна была выглядеть факелом, начиная с названия рута.

В-третьих, на что следует обращать внимание при рекламе хороших и плохих новостей?

В последнее время многие аккумуляторы преувеличивают факты в своих рекламных материалах, такие как «зарядка два дня за раз, плотность энергии 1000 Втч / кг, повышение производительности на 50%, срок службы X лет» и т. Д. Обычные люди могут легко поверить Это. Но после тестирования многие могут обнаружить, что такая технология аккумуляторов на практике не так волшебна, как рекламируется. Итак, как вы просеиваете корневые клетки?

Простое правило: многие компании рекламируют себя и продвигают хорошие новости. То есть отмечены только 5 из 10 очень важных основных свойств. Если вы не знаете, производительность остальных 5 может быть не такой хорошей, как в среднем по отрасли. Для любой инженерной прикладной технологии все аспекты производительности продукта должны достигать базовой линии прохода, в противном случае она не может быть использована на практике. Следовательно, если определенная производительность батареи действительно хороша, компания обязательно сообщит об этом положительно, но если она не будет активно отмечена, очень вероятно, что производительность не может быть достаточно хорошей.

Поэтому рекомендуется изучить производительность каждой батареи на практике. Если поставщик технологий не раскрывает эти характеристики, есть большая вероятность, что в этой области будет небольшая пластина. Автор считает, что особенно необходимо обратить внимание на относительную оппозицию производительности батареи. Например, быстрозаряжаемый аккумулятор должен знать свою плотность энергии, а аккумулятор энергетического типа должен знать свою плотность мощности, срок службы и, особенно, параметры плотности, связанные с объемом. Это может снизить вероятность покупки продукта, который не соответствует фактическому продукту, а худшие также могут с ним договориться.

Как правило, аккумуляторная батарея обычно должна указывать свою массовую плотность энергии, объемную плотность энергии, массовую плотность мощности, объемную плотность мощности, срок службы, напряжение, стоимость (информация о ценах может отсутствовать в брошюре), применимые условия окружающей среды, безопасность. Здесь важно подчеркнуть: 1) Объемная плотность энергии очень важна. Батарею такой же массы и энергии нельзя использовать, если она слишком велика для того, чтобы полностью подключиться к фактическому служебному пространству. Мобильный телефон именно из-за небольшого объема пространства, поэтому использование самой большой объемной плотности энергии литий-кобальтовых кислотных аккумуляторов. 2) Популярна плотность мощности, то есть характеристики, относящиеся к быстрой зарядке. Здесь мы должны подчеркнуть, что автор считает, что характеристики корпуса батареи достаточно хороши, а вклад в быструю зарядку составляет более половины, по сравнению с электрическим управлением, а остальные звенья немного меньше. Для анализа плотности мощности и быстрой зарядки см. Предыдущую статью: «Технология быстрой зарядки, о которой много слов в течение нескольких минут и о каких-либо других характеристиках не упоминается, является мошенничеством».

IV. Проверка двух рекламных стратегий

Один: «Повышение производительности на XX%». Можно сказать, что это имеет смысл, но также можно сказать, что это бессмысленно, потому что объяснение улучшения эталонного материала находится в руках производителя - производитель может сделать образец с плохими характеристиками в качестве контрольного образца. - и исследователи хорошо знакомы с этим процессом. Таким образом, ключом к успеху является не относительное увеличение производителя, а абсолютное значение его производительности - например, увеличение удельной энергии батареи ХХ, усиленной фосфатом железа, на 35% - действительно может быть проверено. Каковы основные / повышенные значения плотности энергии? 100 Втч / кг? 130 Втч / кг? А также ...

Второй: «Сколько километров идти, в режиме ожидания X дней». Это менее строгое с научной точки зрения выражение. Общественность рекомендуется не верить таким данным и уделять больше внимания упомянутым выше «жестким показателям» корпуса батареи. Причины следующие:

X-километр можно использовать для увеличения срока службы путем объединения большого количества аккумуляторов по методу «один автомобильный аккумулятор», но это полностью отличается от фактической нагрузки электромобиля при фактическом обслуживании, так что это всего лишь для справки (и в новой версии) Спецификация электромобиля уже начала оговаривать, что аккумуляторная батарея составляет удельную массу всего транспортного средства.

Режим ожидания X-day также отличается от обычного энергопотребления: каковы условия тестирования в режиме ожидания? Вам нужно включить режим энергосбережения? Вы хотите отключить функцию Wi-Fi? Эти элементы нельзя вообще упомянуть. Такие нестрогие тесты также можно проводить в частном секторе. Однако если речь идет об инвестициях в местную промышленность, это потребует значительных денежных средств и инвестиций в рабочую силу. Он использует такие эмоциональные слова, как руководящие принципы политики для развития региона, а затем инвестирует десятки миллионов долларов в фонды. Это безрассудно.

5. Какие звездные технологии завтрашнего дня могут быть более перспективными?

Благодаря неустанным усилиям ученых и инженеров в последние годы постепенно сформировались многие новые технологии хранения энергии, и ожидается, что они войдут в нашу жизнь в ближайшие несколько лет и принесут изменения в мир. В этих звездных технологиях завтрашнего дня технический путь и зрелость другие, и это можно кратко представить.

Технология полностью твердотельных аккумуляторов: обеспечивает безопасность, плотность энергии и специальные функции, такие как гибкость. В настоящее время некоторые технические маршруты близки к условиям индустриализации. В ближайшие несколько лет должны появиться продукты, а передовые технологии, такие как вся керамика, могут быть в большей степени ориентированы на специальные высокопроизводительные батареи и созреют в ближайшие несколько лет. надеяться.

Литий-серная аккумуляторная технология: обеспечение безопасности цикла и дендритов является большой проблемой, и время ее технологической зрелости может быть больше, и основным решением является потребность в направлении высокой плотности энергии.

Технология натрий-ионных аккумуляторов: больше ориентирована на фиксированные потребности в хранении энергии, технология в настоящее время находится в стадии экспериментальных исследований - стадия промышленной инкубации, технологии Enli Energy и Aquion заслуживают внимания, также есть производители в Японии, которые активизируют внедрение этой технологии. аспект продукта.

Технология металл-воздушной вторичной батареи: этот тип батареи теоретически может обеспечить чрезвычайно высокую плотность энергии, но на самом деле он сталкивается с такими проблемами, как большое перенапряжение, плохая кинетика реакции и побочная реакция примесных газов в воздухе. Меньше, время, необходимое для индустриализации, может быть больше.

постскриптум:

Новая энергетическая отрасль, связанная с литиевыми батареями, в настоящее время быстро развивается, что воплощает в себе горячие ожидания китайского правительства. В целом индустрия литиевых аккумуляторов быстро развивалась, но в последние два года были сюрпризы и разочарования (например, обман). Для индустрии действительно хорошо привлекать людей, но неизбежно присутствие людей с разными голосами и мотивами. Что мы можем сделать, так это способствовать здоровому развитию отрасли, рационально оптимизировать распределение социальных ресурсов и заявить о себе, основываясь на опыте производства, изучения и исследования, чтобы больше людей за пределами отрасли могли понять основную ситуацию внутри отрасли. отрасли, тем самым способствуя здоровью всей отрасли. Развитие вносит свой вклад в его скудную силу.

Страница содержит содержимое машинного перевода.