Ascension Batterie spezifische Energie hat die Kerntechnologie Richtung werden die Meilen von Elektroautos auf Wuhan University Professor Ai Xinping Sicht die bestehenden Fahrzeug technischen Bedingungen, die die meisten vernünftigen Entwurf basiert zu verbessern, sollte eine einzige 300wh sein / kg entspricht 300Km Ausdauer; Single Körper 400wh / kg entsprechende Batterielebensdauer 400km, und wenn das Monomer 500wh / kg zu tun, dann wird die Batterie 500km erreichen.
Tatsächlich glaubte Industrie im Allgemeinen, dass die unmittelbare Ziel Lithiumtechnologie mit hochnickel ternärer positiver Elektrode, eine negative Elektrode Silizium-Kohlenstoff-300wh / kg erreichen; mid (2025) basierend auf dem Ziel angereichert Lithium-Mangan-Basis negative Elektrode / hohe Kapazität Si-C, zu erreichen, Monomer 400wh / kg, langfristiges Ziel ist Lithium-Schwefel, Lithium-Batterie zu entwickeln, um die spezifische Energie als 500wh / kg Monomer zu erreichen.
Die folgende Abbildung zeigt die verschiedenen Arten von Batterielebensdauer von Elektrofahrzeugen, die aktuellen Lithium-Ionen-Batterien betragen 160 Kilometer, auch weiterhin die Zukunft der Lithium-Ionen-Batterien optimieren wird erwartet, 200 km zu erreichen.
Fortschritte Mit Blick auf alle Arten von Batterien sind jetzt allgemein angenommen, dass Lithium-Luft und Lithium-Schwefel-Batterien ein relativ großes Potenzial haben, aber ich war über die Aussichten für Batterieanwendungen nicht optimistisch. Die folgende Abbildung zeigt eine Lithium-Luft-Batterie (ohne Wasser und Elektrolyte) und Lithium es funktioniert Schwefel-Batterie.
01 Warum Lithium-Luft-Batterie kann nicht?
Luft ist die Verwendung von Lithiummetall Lithium als negative Elektrode, Sauerstoff in der Luft als die positive Elektrode eines Batteriesystems, natürlich, porösen Kohlenstoffelektroden Sauerstoff als Reaktionsträger erfordern. Obwohl Studien Katalysatorauswahl, Mechanismus von Jahren, eine Elektrolyt Auswählen und dergleichen aufgeladen werden kann wir haben große Fortschritte gemacht, aber als ein Produkt, Lithium-Luft-Batterie verfügt über vier fatale Fehler:
1. Feuchtigkeitskontrolle
Lithium-Luft-Batterie ist ein offenes System, das nicht die gleiche, und eine Lithium-Ionen-Batterie ist, der Lithium-Luft-Einsatz Sauerstoff in der Luft, und die Luft, Wasser enthält, reagiert das Wasser mit Lithium. Sowohl Sauerstoff als auch Wasser, das a ist Schwierig, das Problem zu lösen.
2. Katalytische Reduktion von Sauerstoff
Lithium ist nicht stabil genug, derzeit nur in reiner Sauerstoffumgebung verwendet
Die Reaktionsgeschwindigkeit von Sauerstoff ist sehr langsam.Um die Reaktivität von Sauerstoff zu verbessern, muss ein effizienterKatalysator verwendet werden.Allerdings sind die Katalysatoren alle Edelmetalle.Daher ist es notwendig, effiziente und billige Katalysatoren zuentwickeln, die immer die Nachteile waren, die die Entwicklung von Brennstoffzelleneinschränkten.
3. Lithium-Metall-Anodenaufladbarkeit
Das heißt, die Industrie hat Lithium-Dendriten studiert, vor 60 Jahren, zahlreiche wissenschaftliche und technologische Mitarbeiter nacheinander, noch nicht der geringste Fortschritt.
Entladene Produktzersetzung
Lithium-Ionen-Akku Entladung Produkt ist Lithium-Oxid, die feste Lithiumoxid-katalysierte Zersetzung von Sauerstoff und Lithium, wie schwierig.
Die Machbarkeit einer Lithium-Ionen-Batterie, die so viele Jahre lang Probleme bereitet hat, kann als sehr gering bezeichnet werden.
02 Warum Lithium-Schwefel-Akku nicht funktioniert?
Lithium-Luft-Batterie ein aktueller Anlass zur Sorge, aber es ist eine Lithium-Schwefel-Batterie Forschung so früh wie im Jahr 1940. Die Lithium-Schwefel-Batterien mit Lithiummetallanode unter Verwendung von Schwefeln, Schwefel Kapazität sehr hoch und erreicht 1600 mA / g, das ist Warum studieren wir die Ursache davon, aber Lithium-Schwefel-Batterien gibt es viele Schmerzpunkte.
Eine Elektrodenzyklus Leistungsunterschied
Wobei, wenn der erste Unterschied ist, daß die Schwefelelektrode, wenn die elektrischen Entladungszyklusleistung ist nicht direkt Lithiumsulfid produzieren, aber nach und nach zusammen mit einem Lithiumpolysulfid reduziert Zwischenprodukt erzeugt wird; Multilithiumsulfid in dem Elektrolyten auflöst, löst Verlust. die andere Hand, die Auflösung von Lithium Polysulfide werden vorzugsweise von der positiven Elektrodenoberfläche während des Ladens; gelöst Lithiumpolysulfide zur Anode Aspekt der Reduktion diffundieren, und dann Oxidation an der positiven Elektrode, der Shuttle-Effekt, was zu einer geringen Selbstentladung Coulomb-Wirkungsgrad und eine hohe zu erzeugen Ablagerung, die sich in die Oberflächenporen der Elektrode aufgrund von Verstopfungen deaktiviert, so ist die Elektrode schlechte Zykluseigenschaften.
Gegenwärtig ist die wissenschaftliche Forschungsmethode, poröses Kohlenstoffmaterial zu verwenden, um zu blockieren, Polysulfidionen zu adsorbieren und seinen Verlust der Auflösung zu verringern. Diese Strategie scheint akademisch sehr wirkungsvoll, aber der tatsächliche Effekt ist sehr begrenzt. Der Hauptunterschied zwischen den zwei ist Die Laborforschung basiert auf sehr kleinen Knopfzellen, sehr dünnen Elektroden, geringer Schwefelbelastung und einem Gesamtschwefelgehalt von einigen Milligramm, während reale Zellen einen höheren Schwefelgehalt (Gramm) und mehr aufweisen Elektrode ist sehr dick, hohe Schwefel-Ladeeinheit.
Zum Beispiel in Professor Ai Xinping Lithium-Schwefel-Batterie 863 Projekt beteiligt, kann das Labor 1000-mal das Schwefel / Kohlenstoff-Verbundmaterial in der eigentlichen Batterie Zyklus kann nur mehrfach recycelt werden, und manchmal sogar eine Kraft kann nicht freigegeben werden, ist es Dieser Grund.
2. Lithium negative Aufladbarkeit
Die Aufladbarkeit der Lithiumanode ist ebenfalls ein schwieriges Problem, das in kurzer Zeit zu lösen ist. Die elektrochemische Reaktion muss mehrere Prozesse in Reihe enthalten, die erste ist die Übertragung von Reaktanten aus der Gesamtlösung auf die Elektrodenoberfläche, was als Flüssigkeitsmassenübertragung bezeichnet wird. Der zweite Prozess ist die Reaktion der Elektrodenoberfläche, um das Elektron zu erhalten oder zu verlieren, die Bildung des Produktprozesses, der als elektrochemischer Reaktionsschritt bezeichnet wird. Welche langsame Elektrodenreaktion unterliegt welcher Schrittsteuerung.
Für die Lithium-Elektrode, ist der Elektronenaustauschprozess sehr schnell, also die Reaktionsflüssigkeit ist der Übertragungssteuerschritt, das heißt Übertragung von Lithiumionen von der Masse der Lösung zu den Elektrodenflächen dieses Schritts relativ langsam ist. Dies wirft einige Probleme, flüssigen Lieferung des Einfluss der Konvektion in der Tat unterliegen, solange die Schwerkraft, wird Konvektion vorhanden sein, während die Elektrodenoberfläche an jedem Punkt Konvektionsgeschwindigkeit nicht gleich ist, jeder Punkt der Reaktionsgeschwindigkeit ist daher unterschiedlich. wo man lange schnell, Lithiumionen Getriebeabstand ist kürzer, die Abscheidungsrate von Lithium wird immer schneller, weshalb die Lithium Dendritenwachstums.
Natürlich ist der Abstand zwischen positiv und negativ ist nicht der gleiche, ist die Stromverteilung nicht die gleiche, die auch auf das Wachstum von Lithiumdendriten wichtigen Grund geführt wird. Offensichtlich sind diese Faktoren in der eigentlichen Batterie, daher dendritisches Wachstum schwer zu vermeiden Aufgrund des wiederaufladbaren Lithiumproblems kann nicht gesagt werden, dass es keine Lösung gibt, aber es ist immer noch schwierig, eine wirksame Lösung zu finden.
Die volumetrische Energiedichte ist niedriger
Lithium-Schwefel-Batterien haben relativ niedrige volumetrische Energiedichten und können mit Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien vergleichbar sein, da Schwefel ein Isolator ist, der es reagieren lässt und es reagieren und dispergieren lässt, was die Verwendung großer Mengen von hohem spezifischen Oberflächenkohlenstoff erfordert, was Schwefel / Kohlenstoff ergibt Die Dichte des Verbundmaterials ist sehr gering, zusätzlich wird die Schwefelreaktion zuerst gelöst und dann abgeschieden, so dass die Elektrode eine große Anzahl von Flüssigphasen-Transportkanälen aufweisen muss.
Und jetzt die meisten der Lithium-Schwefel-Batterie Schwefelelektrode Polstück kann nicht Druck sein, welche Art von beschichtet welche Art von, Porosität ist besonders hoch, so dass die Volumenenergiedichte ist sehr niedrig .Für Autos, vor allem PKW Wenn die Energiedichte einen bestimmten Wert erreicht, ist die Volumenenergiedichte noch wichtiger, weil der Pkw weniger Platzbatterien hat.
In diesem Sinne, zumindest im Bereich der Kraftfahrzeuge, ist Lithium-Schwefel-Batterie keine Hoffnung.
Zusammenfassung
Aus heutiger Sicht der Entwicklung, im Jahr 2020 300wh / kg dieses kurzfristige Ziel erreicht werden, zusätzlich zu der Sicherheit weniger sicher, gibt es keine Technologie Risiko. Als für mittelfristiges Ziel, nach den Ergebnissen, 400wh / kg erforderlich, um die Kapazität der positiven Elektrode 250mAh zu erreichen / g, mit einer negativen Kapazität von 800 mAh / g, ist diese Anforderung auch mit aktuellen Materialsystemen durchführbar.
Allerdings übersteigt die langfristigen Ziele, Lithiumsulfid, Lithium theoretischer Nullwert weit 500wh / kg (Lithium-Schwefel-2600wh / kg, Lithium-Luft-11000wh / kg), einen Lithium-Schwefel vielleicht näher als der Markt Lithium-Luft-Batterie, aber eine Lithium-Schwefel-Batterie Probleme haben seit Jahrzehnten nicht mehr, während die Lithium-Luft-Studie eine kurze Zeit. im Großen und ganzen Chemie Problem ist noch nicht klar verstanden gelöst, es schwierig ist, schwer zu kommerzialisieren zu sagen, was die Zukunft schließlich den Handel gebracht wird, ist es nicht möglich sein wird, seine Durchführbarkeit waren Überlegt werden.
