22 лет персонализации аккумуляторов
May 09, 2022 Вид страницы：194
Джон Гуденаф изобрел литий-ионные аккумуляторы в 1980 году, а Sony выпустила их на рынок в 1991 году. За последнее десятилетие литий-ионные аккумуляторы стали основным химическим элементом аккумуляторных батарей практически во всех отраслях промышленности. Во многих отношениях литий-ион превосходит предыдущие популярные химические вещества (свинцово-кислотные, никель-кадмиевые и щелочные).
С развитием технологий безопасная и мощная батарея пользуется большим спросом. Литий является наиболее энергоемким из используемых химических веществ, а также может быть самым безопасным благодаря дополнительным функциям. Поскольку энергия лития является горячей темой исследований, каждый год появляются новые химические вещества.
Усовершенствования технологии литий-ионных аккумуляторов
Литий-ионные батареи способствовали революции в микроэлектронике и в настоящее время являются предпочтительным источником питания для портативных электронных устройств. Их успех на рынке портативной электроники связан с тем, что они обеспечивают более высокую гравиметрическую и объемную плотность энергии, чем другие перезаряжаемые системы.
● Увеличение напряжения ячеек
Желание увеличить плотность энергии литий-ионных аккумуляторов за счет увеличения рабочего напряжения, емкости заряда-накопления или того и другого вызвало большой интерес. Поскольку текущее рабочее напряжение анода уже близко к Li/Li+, единственный способ увеличить напряжение на ячейке — это увеличить рабочее напряжение катода.
Три катодные структуры обеспечивают составы с рабочими напряжениями выше используемых в настоящее время напряжений 4,3 В по сравнению с Li/Li+, но поверхность катода с рабочими напряжениями выше 4,3 В нестабильна при контакте с органическими растворителями ЭК, ДЭК, ДМК и др. используется в электролите.
●Увеличение емкости зарядного хранилища
Поскольку в настоящее время нет практического решения для увеличения рабочего напряжения катода, большое внимание уделяется увеличению емкости накопления заряда как анода, так и катода. Аноды и катоды, которые подвергаются реакции конверсии с литием, а не реакции внедрения, недавно привлекли большое внимание в этой области.
В то время как количество кристаллографических центров, доступных для обратимого внедрения/экстракции лития, ограничивает емкость электродов реакции введения, электроды реакции превращения не ограничены таким образом. У них мощность на порядок выше.
Несмотря на ограниченную плотность энергии, обусловленную количеством доступных кристаллографических позиций, а также структурную и химическую нестабильность при глубоком заряде, текущая литий-ионная технология, основанная на катодах и анодах с реакцией внедрения, сохранится в обозримом будущем. Аноды и катоды конверсионной реакции привлекли большое внимание, потому что они имеют емкость на порядок выше, чем электроды реакции внедрения, но их практическая жизнеспособность была поставлена под сомнение.
В последнее время возобновился интерес к использованию металлического лития в качестве анода и замене жидких электролитов твердыми электролитами, поскольку они могут обеспечить более безопасные элементы с более высокими рабочими напряжениями и емкостью накопления заряда, но только время покажет, насколько они практичны.
С учетом проблем, связанных с альтернативами, жизнеспособной краткосрочной стратегией является сосредоточение внимания на катодах из слоистого оксида с высоким содержанием никеля, жидких электролитах, совместимых и образующих стабильный SEI как на графитовом аноде, так и на катодах с высоким содержанием уменьшить количество неактивных компонентов и новую системную интеграцию для создания более безопасных, долговечных и доступных батарей.
Компании, занимающиеся технологиями литий-ионных аккумуляторов
Автомобили с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) вытесняются электромобилями (ЭМ) точно так же, как когда-то конные повозки были вытеснены автомобилями с ДВС. Технология аккумуляторов следующего поколения и обильные запасы лития, ключевого сырья для литий-ионных аккумуляторов, необходимы для обеспечения этого перехода к электроэнергии.
На электромобили в настоящее время приходится 24% от общего мирового спроса на литий. Ожидается, что это число также увеличится. Электроника, накопители энергии и другие гаджеты будут составлять оставшиеся 21%. Литиевые батареи все чаще используются в телекоммуникациях, аккумулировании энергии, государственных проектах и игрушках.
Tesla — мировой лидер в области использования литиевых батарей в электромобилях и системах хранения энергии. Tesla является одним из крупнейших в мире потребителей лития, который она использует для растущего производства электромобилей. Panasonic входит в тройку крупнейших мировых производителей аккумуляторов для электромобилей из Японии, а еще один крупный игрок в технологии литиевых аккумуляторов является давним партнером Tesla. В телекоммуникационном секторе мировыми лидерами также являются Samsung, Panasonic и LG.
Reliance, Mahindra и Ola — некоторые из компаний, которые планируют построить заводы по производству литиевых батарей в Индии, чтобы удовлетворить спрос на литиевые батареи в стране.
Литий-ионные батареи питают телекоммуникационные вышки Reliance. Ambri и Reliance ведут переговоры о строительстве гигантского завода по производству аккумуляторов в Индии. Ambri — американская компания по производству аккумуляторов из жидкого металла. К середине 2022 года Ola рассчитывает производить 15% электросамокатов в мире. В Индии Adani, Suzuki, Mahindra, JSW и Hero планируют строительство многомиллиардных заводов по производству аккумуляторов.
Химия литий-ионных аккумуляторов
В реакциях, питающих батарею, используются ионы лития (Li+). В литий-ионном элементе оба электрода сделаны из материалов, которые могут интеркалировать или «поглощать» ионы лития. Когда заряженные ионы элемента могут «удерживаться» внутри структуры материала-хозяина, не вызывая значительных разрушений, это называется интеркаляцией. Ионы лития «привязаны» к электрону в структуре анода литий-ионной батареи. Интеркалированные ионы лития высвобождаются из анода и проходят через раствор электролита, чтобы поглощаться катодом, когда батарея разряжается.
Когда батарея заряжена, катод подвергается реакции окисления, что приводит к потере некоторых отрицательно заряженных электронов. Равное количество положительно заряженных интеркалированных ионов лития распадается в растворе электролита для поддержания баланса заряда на катоде.
Внутри литий-ионного аккумулятора происходят окислительно-восстановительные (редокс) реакции.
На катоде происходит восстановление. Оксид лития-кобальта образуется при взаимодействии оксида кобальта с ионами лития (LiCoO2). Полуреакция выглядит следующим образом:
CoO2 + Li+ + e- → LiCoO2
На аноде происходит окисление. Графит (C6) и ионы лития образуются интеркаляционным соединением графита LiC6. Полуреакция выглядит следующим образом:
LiC6 → C6 + Li+ + e-
Полная реакция (слева направо = разрядка, справа налево = зарядка) выглядит следующим образом:
LiC6 + CoO2? С6 + LiCoO2
Литий-ионные батареи доминируют на рынке портативной электроники, проникают на рынок электромобилей и готовы выйти на рынок коммунальных услуг для хранения энергии в сети.
Оставить сообщение
Мы скоро свяжемся с вами
