De acordo com o ponto de vista de Ai Xinping da Universidade de Wuhan, o design mais razoável de todo o veículo deve ser que o único 300h / kg corresponde à duração da bateria de 300 km, o único Corpo 400wh / kg de vida útil da bateria 400 km, e se o monómero for 500wh / kg, a bateria chegará a 500 km.
De fato, é geralmente aceito na indústria que o objetivo imediato da tecnologia de iões de lítio é atingir 300 Wh / kg através de um positivo ternário de alto níquel positivo e negativo em carbono de silício, o objetivo de médio prazo (2025) é baseado em um Si-C negativo com base em manganês rico em lítio e alta capacidade O monómero 400wh / kg, o objetivo a longo prazo é desenvolver bateria de lítio-enxofre e lítio, para atingir a energia específica do que 500 kW / kg de monómero.
A figura a seguir lista a duração da bateria de vários tipos de veículos elétricos de bateria, a bateria atual de iões de lítio é de 160 km, continua a otimizar a bateria de iões de lítio que deverá atingir 200 km no futuro.
Olhando para o atual progresso da pesquisa de vários tipos de baterias, o lítio-ar e as baterias de lítio e enxofre são geralmente considerados como tendo um grande potencial, mas o autor não está otimista sobre as perspectivas de suas baterias. A figura a seguir mostra a bateria de lítio-ar (com água e eletrólitos anidros) e lítio A bateria de enxofre funciona.
01 Por que as baterias de lítio não podem?
Ar é a utilização de lítio metálico de lítio como um eléctrodo negativo, o oxigénio do ar como o eléctrodo positivo de um sistema de baterias, é claro, os eléctrodos de carbono porosos requerem oxigénio como um suporte de reacção. Embora selecção estudos catalisador, mecanismo de anos, seleccionando um electrólito, e semelhantes pode ser carregada Grandes progressos foram feitos, mas como produto, a bateria de íon de lítio tem quatro falhas fatais:
1. Controle de umidade
bateria de ar de lítio é um sistema aberto, o que não é o mesmo e uma bateria de iões de litio, a utilização de oxigénio de lítio-ar no ar, e o ar contém água, a água reage com o lítio. Ambos oxigénio e também água, que é um Difícil de resolver o problema.
2. Redução catalítica de oxigênio
O lítio não é estável o suficiente, atualmente usado apenas em ambiente de oxigênio puro
A velocidade de reação do oxigênio é muito lenta. Para melhorar a reatividade do oxigênio, é necessário usar um catalisador eficiente. Atualmente, os catalisadores são todos metais preciosos. Portanto, é necessário desenvolver catalisadores eficientes e baratos, que sempre foram as deficiências que restringem o desenvolvimento de células de combustível.
3. Capacidade de carga do ânodo do metal de lítio
Ou seja, a indústria tem estudado dendritos de lítio, há 60 anos, inúmeros funcionários científicos e tecnológicos, um após o outro, ainda não o menor progresso.
Decomposição do produto descarregado
O produto de descarga de bateria de íon de lítio é o óxido de lítio, a decomposição catalítica de oxigênio e lítio, rebitada com o óxido de lítio, o quão difícil.
Reunindo tantos anos de problemas em uma bateria de iões de lítio, sua viabilidade pode ser dita muito fina.
02 Porque a bateria de enxofre de lítio não funciona?
As baterias de lítio e ar apenas atraíram recentemente atenção, enquanto as baterias de lítio e enxofre foram estudadas já em 1940. As baterias de lítio e enxofre usam o metal de lítio para o eletrodo negativo e o enxofre para o eletrodo positivo, com uma capacidade muito alta de 1600 mAh / g, o que também é Por que você estuda as razões para isso, mas há muitos pontos de dor de bateria de lítio e enxofre.
O desempenho do ciclo eletrodo é fraco
O primeiro é que o desempenho do ciclo do eletrodo é fraco. A descarga do eletrodo do espirro não é diretamente gerada sulfeto de lítio, mas gradualmente reduzida, com a formação de produtos intermediários de polissulfureto de lítio, o polissulfureto de lítio irá dissolver-se no eletrólito, a dissolução da perda. polissulfuretos de lítio dissolvidos difundem para o aspecto do ânodo da redução, e em seguida oxidação no eléctrodo positivo, para gerar o efeito de transporte, resultando em baixa auto-descarga eficiência coulombica e alta, por outro lado, a dissolução do polissulfuretos de lítio será preferencialmente durante a carga da superfície do eléctrodo positivo Deposição, resultando na superfície do eletrodo devido ao bloqueio e inativação, portanto, a performance do ciclo do eletrodo é fraca.
Atualmente, o método de pesquisa científica é usar material de carbono poroso para bloquear, adsorver íons de polissulfureto e reduzir sua perda de dissolução. Esta estratégia parece acadêmica muito efetiva, mas o efeito real é muito limitado. A principal diferença entre os dois é A pesquisa de laboratório baseia-se em células de botão muito pequenas, eletrodos muito finos, baixo teor de enxofre e um teor total de enxofre de cerca de alguns miligramas, enquanto que as células reais possuem maior teor de enxofre (gramas) e O eletrodo é uma unidade de carga de enxofre muito grossa e alta.
Por exemplo, no projeto de bateria 863 de lítio e enxofre do professor Ai Xinping, o laboratório pode ciclo 1000 vezes o material composto de enxofre / carbono na bateria real só pode ser reciclado várias vezes, e às vezes mesmo um poder não pode ser liberado, é Esse motivo.
2. Cargabilidade negativa de lítio
A capacidade de carga do ânodo de lítio também é um problema difícil de resolver em um curto período de tempo. A reação eletroquímica deve conter vários processos em série, a primeira é a transferência de reagentes da solução em massa para a superfície do eletrodo, que se chama transferência de massa líquida. O segundo processo é a reação da superfície do eletrodo para obter ou perder o elétron, a formação do processo do produto, denominado passo de reação eletroquímica. Qual a reação lenta do eletrodo é sujeita a qual controle de passo.
Para o eletrodo de lítio, o processo de troca de elétrons é muito rápido, de modo que a transferência de fase líquida é o passo de controle de reação, ou seja, a transferência de íons de lítio da maior parte do eletrodo para a superfície do eletrodo é um passo relativamente lento. Isso trouxe alguns problemas, a fase líquida A transferência é realmente afetada pela convecção, desde que haja gravidade, haverá convecção e a velocidade de convecção da superfície do eletrodo não é a mesma em cada ponto, portanto, a velocidade de reação de cada ponto é diferente. Onde o lugar é rápido, o íon de lítio Quanto menor a distância de transmissão, mais rápida é a taxa de deposição de lítio, que é o motivo do crescimento de dendritos de lítio.
Claro, a distância entre positivo e negativo não é a mesma, a distribuição atual não é a mesma, o que também é levado ao crescimento da razão dendrítica de lítio. Por isso, esses fatores na bateria real são difíceis de evitar, portanto, o crescimento dendrítico Causado pelo problema recarregável ao lítio não pode dizer que não há solução, mas ainda é difícil encontrar uma solução eficaz.
A densidade de energia volumétrica é menor
As baterias de lítio e de enxofre têm densidades de energia volumétrica relativamente baixas e podem ser comparáveis às baterias de fosfato de ferro de lítio porque o enxofre é um isolador que lhe permite reagir, permitindo que ele reaja e dispersa, necessitando o uso de grandes quantidades de carbono superficial específico alto, resultando em enxofre / carbono A densidade do material compósito é muito pequena, além disso, a reação do enxofre é primeiro dissolvida e depois depositada, de modo que o eletrodo deve ter um grande número de canais de transporte em fase líquida.
E agora, a maioria das peças de eletrodo de enxofre de bateria de lítio e enxofre não pode ser a pressão, que tipo de revestimento é o tipo de porosidade particularmente alta, de modo que a densidade de energia do volume é muito baixa. Para carros, especialmente carros de passageiros Quando a densidade de energia atinge um certo valor, a densidade de energia do volume é ainda mais importante, porque o carro de passageiros não é mais um lugar de baterias.
Então, neste sentido, pelo menos no campo do poder automotivo, a bateria de lítio e enxofre não tem esperança.
Resumo
Do ponto de vista atual, não há risco técnico para alcançar o objetivo recente de 300wh / kg até 2020, exceto por menos certeza de segurança. Quanto ao alvo de médio prazo, de acordo com o cálculo, 400wh / kg requer uma capacidade positiva de 250mAh / g, com uma capacidade negativa de 800 mAh / g, esse requisito também é viável com sistemas de materiais atuais.
No entanto, o objetivo a longo prazo, o teor teórico vazio de lítio e o teor de lítio muito mais de 500 w / kg (lítio-enxofre 2600wh / kg, gás de lítio 11000wh / kg), as baterias de lítio e enxofre podem estar mais próximas do mercado do que as baterias de lítio-ar. O problema não foi resolvido por décadas e o estudo do ar de lítio ainda é curto. Como um todo, os problemas químicos ainda não foram claramente compreendidos e atualmente são difíceis de comercializar. É difícil dizer qual será finalmente comercializado no futuro e sua viabilidade Para ser considerado.
