Почему литий-сера / пустая литиевая батарея не имеет перспективы применения в силовой батарее?

Повышение удельной энергии стало основным направлением технологии электромобилей.

Хотя теоретически также можно сложить аккумуляторную нагрузку для значительного увеличения дальности действия, но также увеличить стоимость и вес соответственно, с точки зрения экономии и безопасности, на самом деле больше вреда, чем пользы.

По словам профессора Уханьского университета, о существующих технических условиях транспортного средства, наиболее разумной конструкцией должен быть мономер 300 Вт / кг, соответствующий дальности действия 300 км; Мономер 400 Вт / кг, соответствующий дальности 400 км; А если мономер сделать 500 Втч / кг, то жизнь сможет дойти до 500 км.

На самом деле, в отрасли принято считать, что технология лития электроэнергии краткосрочных целей через анод с высоким содержанием никеля три юаня, углеродный кремний отрицательный достичь 300 Вт / кг; Среднесрочная цель (2025 г.) основана на использовании богатого литиево-марганцевого основания / анода с высокой емкостью, мономера Si C составляет 400 Вт · ч / кг; перспективой является разработка литиево-серных, воздушно-литиевых батарей для реализации энергии 500 Вт / кг. соотношения мономеров.

Для этого, сказал А.И., в 2020 году, чтобы достичь 2020 Вт / кг, в дополнение к безопасности не уверен, нет никакого технического риска. Что касается среднесрочной цели, согласно результатам расчетов, положительная емкость 400 Вт / кг требует 250 мАч / г, емкость катода 800 мАч / г, запрос к существующей системе материалов является выполнимым.

И долгосрочные цели, литий-сера, пустое теоретическое значение намного больше, чем 500 Вт / кг (2600 Вт / кг, газообразный литий-сера 11000 Вт / кг), но его осуществимость следует учитывать.

Из лития металлический литий используется в качестве катода, кислород воздуха в качестве анодной системы батареи, конечно, нуждается в кислородном электроде пористого углерода в качестве реакции с носителем. Несмотря на то, что за эти годы в выборе катализатора, исследовании механизмов и выборе электролита аккумуляторные батареи достигли большого прогресса, воздушно-литиевые батареи как продукт имеют четыре фатальных недостатка:

Во-первых, проблема контроля влажности. Литий-воздушные батареи - это открытая система, это и литий-ионные батареи. Литиевые, пустые, чтобы использовать кислород в воздухе, и вода содержится в воздухе, литий будет реагировать с водой. Требуется как воздух, так и вода, это сложно решить проблему.

Во-вторых, каталитическое восстановление кислорода. Скорость реакции кислорода очень мала, чтобы улучшить кислород, необходимо принять эффективную реактивность катализатора, теперь это катализатор из драгоценных металлов, поэтому необходимо разработать эффективный дешевый катализатор, который ограничивал развитие топливных элементов.

В-третьих, это металлический анод из литиевого аккумулятора. Также проблемой отрасли был дендрит лития, за последние 60 лет многочисленные исследователи продвигаются волна за волной, но до сих пор нет прогресса.

В-четвертых, продукт разложения. Литиевая батарея разряда пустой продукт оксид лития, твердый каталитический разложение оксида лития снова на кислород и литий, как трудно.

Чтобы собрать столь сложную проблему, связанную с воздушно-литиевыми батареями на протяжении многих веков, ее выполнимость была, так сказать, невелика. Посмотрите на литиево-серные батареи и их отрицательное использование металлического лития, положительное использование серы, емкость серы очень высока, 1600 мАч / г, поэтому все изучают причины этого.

Тем не менее, у литиево-серных батарей есть много проблем, когда производительность цикла электродов низкая. Разряд серного электрода, когда не непосредственно генерирует сульфид лития, но постепенно восстанавливается, сопровождается образованием промежуточного полисульфида лития; Полисульфид лития растворяется в электролите, растворяет эрозию. С другой стороны, растворение полисульфида лития будет распространяться на катодное восстановление, опять же на анодное окисление, челночный эффект, что приведет к низкой кулоновской эффективности и высокому саморазряду; С другой стороны, растворенный полисульфид лития в процессе зарядки в аноде предпочтительно осаждается на поверхности, что приводит к застреванию лицевой поверхности электрода для инактивации, в результате чего характеристики электродного цикла являются плохими.

В настоящее время метод исследовательского сообщества используется для блокировки пористыми углеродными материалами адсорбции многих ионов серы, уменьшения потерь растворенных в нем. Эта стратегия кажется очень эффективной в академической среде, но реальная роль очень ограничена. Основное различие между лабораторными исследованиями основано на маленькой кнопочной ячейке, электрод очень тонкий, емкость по сере невысока, общее содержание серы примерно на уровне нескольких мг; Содержание серы больше и фактический аккумулятор (г), а электрод очень толстый, удельные нагрузки серы очень высоки.

Например, профессор А.И. в литиево-серных батареях из 863 проектов, лаборатория может работать 1000 раз из композитного материала сера / углерод, в реальной батарее может работать только несколько раз, иногда даже мощность не выходит, и по этой причине .

Литий-серные батареи второго вопроса - анод литиевые аккумуляторные, также трудно решить проблему за короткое время. Процесс электрохимической реакции должен состоять из нескольких серий, первый процесс - от объемного раствора реагентов до электрода на поверхности передачи, называется жидкостным массообменом; Второй процесс получения или потери электронов реагентами на поверхности электрода, процесс образования продукта, называется этапами электрохимической реакции. Какая скорость медленная, на каких шагах контролируется реакция электрода.

Для литиевого электрода процесс обмена электронами является очень быстрым, поэтому передача жидкости является его реакцией управляющего шага, то есть передача онтологии иона лития от раствора к поверхности электрода на этом этапе является относительно медленной. Это создает некоторые проблемы, на перенос жидкой фазы на самом деле влияет конвекция, пока есть сила тяжести, конвекция будет существовать, а скорость конвекции поверхности электрода в каждой точке не одинакова, поэтому скорость реакции в каждой также разная. Там, где длинное быстрое расстояние передачи иона лития короче, скорость осаждения лития все быстрее и быстрее, и это является причиной роста дендритов лития.

Конечно, отрицательно, расстояние между распределением тока также разное, это также важная причина, приводящая к росту дендритов лития. Очевидно, что этих факторов в реальной батарее трудно избежать, в результате рост дендритов, вызванный литиевой перезарядкой, нельзя сказать, что нет никакого способа, но трудно найти эффективные решения.

Третья проблема - объем литий-серных батарей, плотность энергии ниже, вероятно, только литий-железо-фосфатные батареи. Поскольку сера является изолятором, пусть она проводящая, пусть она растекается, мы должны принять большое количество углерода на поверхности соотношение сторон, привести к плотности композитов сера / углерод очень мала; Кроме того, при реакции серы сначала растворяется осадок, поэтому на электроде должен существовать канал для транспортировки большого количества жидкости.

И теперь большая часть полюса электрода серно-литиево-серной батареи не давление, что это за тип, особенно высокая пористость, поэтому объемная плотность энергии очень низкая. Для автомобилей, особенно для легковых, когда плотность энергии достигает определенного значения, более важна объемная плотность энергии, потому что нет так много мест аккумуляторной батареи легкового автомобиля. Таким образом, в этом смысле, по крайней мере, в области динамики транспортных средств, на литиево-серные батареи нет надежды.

Страница содержит содержимое машинного перевода.