Com a crescente proeminência da crise de energia e da poluição ambiental, a demanda por energia limpa e renovável é cada vez mais urgente e, em aplicações práticas, as energias renováveis, como energia solar, energia eólica e energia hidráulica, devem ser convertidas em energia secundária, como a eletricidade, para ser amplamente utilizada É usado pelas pessoas. Para resolver o desajustado da distribuição espaço-tempo dessa energia renovável natural e demanda de eletricidade, o desenvolvimento da tecnologia de armazenamento de energia é indispensável. Em muitas tecnologias de armazenamento de energia, tecnologia de armazenamento eletroquímico de energia, nomeadamente bateria O uso da bateria atraiu cada vez mais atenções. O armazenamento de energia da bateria eficiente e ajustável em escala pode ser integrado no sistema de energia como uma unidade de armazenamento de energia para carregar a grade e melhorar a confiabilidade da operação da rede elétrica E estabilidade, mas também pode ser usado em comunicações móveis, novos veículos de energia e outros campos, para melhorar a qualidade da vida humana para fornecer um fluxo constante de suporte de energia.
Figura 1 A principal bateria de armazenamento de energia eletroquímica do que a energia e a quilometragem para comparação de veículos elétricos
O desenvolvimento de baterias secundárias passou das primeiras baterias de chumbo-ácido, até as baterias de níquel-cádmio, hidreto de níquel e metal, e agora foram comercializadas baterias secundárias de iões de lítio e baterias de sódio-enxofre para o armazenamento de energia da rede. A célula usa o lítio como meio de transporte e armazenamento de energia. O elemento de lítio é leve (o metal de lítio tem uma massa molar de 6,94 g / mol, que é o mais leve dos elementos sólidos presentes na natureza) e o potencial redox é baixo (Li + / Li em relação ao padrão O potencial redox típico de um eletrodo de hidrogênio é de -3,04 V, o menor de todos os casais redox padrão, permitindo que as baterias de íon de lítio obtenham maiores voltagens de saída e densidades de energia do que outros tipos de células (Figura 1) Desde 1991, a Sony introduziu a primeira bateria de iões de lítio recarregável comercial, a bateria de lítio se espalhou rapidamente por todo o mundo, tornando-se o tipo de fonte de alimentação preferida para muitos produtos eletrônicos portáteis. Nos últimos anos, com o aumento dos veículos elétricos, bem como as energias renováveis A geração de dispositivos de armazenamento de energia em larga escala é urgentemente necessária, a pesquisa de bateria de lítio se aquece novamente, o desenvolvimento de bateria de lítio secundária segura, de alta capacidade, alta potência e longa vida se torna o foco.
Figura 2 bateria de íon de lítio e bateria de lítio-ar e estrutura básica e princípio de funcionamento do show
Atualmente, as baterias de lítio comerciais usam grafite como o eletrodo negativo e o eletrodo positivo adota uma estrutura de material de óxido capaz de inserir / extrair íons de lítio, como LiCoO2. O eletrólito é uma solução orgânica contendo sal de lítio e o elemento de lítio existe na forma de íons na bateria inteira, Assim, a bateria de iões de lítio (Figura 2 (a)). A bateria de íon de lítio enfraqueceu significativamente as vantagens de usar o lítio como meio de trabalho, pode ser considerada como um produto de transição. Para expandir ainda mais a densidade de energia das baterias de lítio, o estudo atual:
Por um lado, está tentando explorar formas de inibir o crescimento de dendritos de lítio, possibilitando o uso de metal de lítio como eletrodo negativo.
Por outro lado, concentra-se em materiais catódicos com maior capacidade ou potencial de eletrodo, por exemplo, usando enxofre elementar ou oxigênio como eléctrodo positivo e utilizando a capacidade de armazenamento de lítio unitária ultra alta (1672 mA · h por grama de enxofre; 3862 mA · h), a capacidade da bateria pode ser significativamente melhorada e as baterias de lítio assim formadas são designadas respectivamente como baterias de lítio-enxofre e baterias de lítio-oxigênio (ar) (Fig. 2 (b)).
Além de atender aos requisitos de quilometragem de longo alcance e carga e descarga de alta potência, a bateria de iões de lítio para uso do veículo é particularmente importante para a segurança. Atualmente, as baterias de íon de lítio comercialmente disponíveis liberam uma grande quantidade de calor em caso de curto-circuito e fazem com que o eletrólito orgânico aumente Os riscos de explosão são claramente notoriamente difíceis de usar. Mesmo os mais considerados Tesla mais seguros, usando sofisticados sistemas de gerenciamento de bateria e medidas de proteção, ainda estão em sua infância dentro de poucos anos de ocorrência. Além disso, orgânico Os problemas com o eletrólito incluem:
A janela eletroquimica é limitada, é difícil de compatibilizar com o ânodo de metal de lítio e o novo material de cátodo de alto potencial desenvolvido;
O íon de lítio não é o único suporte. Quando a alta corrente passa, a resistência interna da bateria aumentará devido ao gradiente de concentração de íons (polarização de concentração) e o desempenho da bateria diminuirá.
Temperatura de trabalho limitada (temperatura de trabalho segura 0 ~ 40 ℃);
Reage com o material do eletrodo negativo para formar uma camada de Interfase de Eletrólito Sólido (SEI), resultando em um consumo sustentado de dois materiais, resultando em uma diminuição da capacidade da bateria.
É esperado que o eletrólito sólido em vez do eletrólito orgânico resolva fundamentalmente os problemas acima, de modo que a formação de baterias de lítio é chamado de baterias de lítio de estado sólido. Este artigo descreve primeiro as vantagens das baterias de lítio de estado sólido e, em seguida, baterias de lítio de estado sólido, o material chave - o desenvolvimento de eletrólito sólido A situação é revista e, nessa base, o design da estrutura da bateria, o histórico de desenvolvimento e a situação atual, bem como os problemas atuais ainda existem.
