Согласно точке зрения Ai Xinping Университета Ухана, наиболее разумным дизайном всего транспортного средства должно быть то, что одиночный 300 Вт / кг соответствует 300 Км автономной работы, Корпус 400 Вт / кг соответствует времени автономной работы 400 км, а если мономер делать 500 Вт / кг, то батарея достигнет 500 км.
Фактически, общепринято в промышленности, что непосредственной целью литий-ионной технологии является достижение 300 Вт / кг через тройной положительный и силиконовый углеродный негатив с высоким содержанием никеля, среднесрочная (2025) цель основана на богатом литием марганцевом / высоком потенциале Si-C отрицательном Мономер 400 Вт / кг, долгосрочная цель - разработать литиево-серную литиевую батарею для достижения удельной энергии, чем 500 Вт / кг мономера.
На следующем рисунке показано время автономной работы различных типов аккумуляторных электромобилей, текущая литий-ионная батарея составляет 160 км, и в дальнейшем оптимизация литий-ионной батареи, как ожидается, достигнет 200 км в будущем.
Глядя на настоящий исследовательский прогресс различных типов батарей, литиево-воздушных и литиево-серые батареи, как правило, считают, что они имеют большой потенциал, но автор не испытывает оптимизма относительно перспектив своих батарей. На следующем рисунке показана литиево-воздушная батарея (с водой и безводными электролитами) и литий Работает серная батарея.
01 Почему литиевые батареи не могут?
Конечно, кислородный электрод требует пористого углерода в качестве реакционной подложки, хотя катализаторный выбор, изучение механизмов, выбор электролита, плаваемость и т. Д. Были основным виновником в последние несколько лет из-за использования литиевого металла в качестве отрицательного электрода и кислорода в воздухе в качестве положительного электрода Большой прогресс был достигнут, но в качестве продукта литий-ионный аккумулятор имеет четыре фатальных недостатка:
1. Контроль влажности
Литиево-ионная батарея - это открытая система, которая не похожа на литий-ионные батареи, использование воздуха из лития в воздухе, а воздух содержит воду, литий будет реагировать с водой. Как и кислород, так и вода, которая является Трудно решить проблему.
2. Каталитическое восстановление кислорода
Литий не достаточно стабилен, в настоящее время используется только в чистой кислородной среде
Для повышения реакционной способности кислорода необходимо использовать эффективный катализатор. В настоящее время катализаторами являются все драгоценные металлы, поэтому необходимо разработать эффективные и дешевые катализаторы, которые всегда были недостатками, ограничивающими развитие топливных элементов.
3. Нанесение металлического анода лития
То есть, индустрия изучает литиевые дендриты, 60 лет назад, многочисленные научно-технические работники один за другим, еще ни малейшего прогресса.
Разложение продукта
Литиево-ионный аккумулятор разряда продукта является оксидом лития, твердый оксид лития повторно катализированный разложение кислорода и лития, как трудно.
Собрание стольких лет проблем в литиево-ионной батарее, ее осуществимость можно сказать, была очень тонкой.
02 Почему литиевая серная батарея не работает?
Литий-воздушные батареи только недавно привлекли к себе внимание, в то время как литий-серные батареи были изучены еще в 1940 году. Литий-серные батареи используют литий-металл для отрицательного электрода и серы для положительного электрода с очень высокой емкостью 1600 мАч / г, что также Почему вы изучаете причины этого, но есть много болей от литиево-серной батареи.
Плотность электродов
Во-первых, эффективность работы электродного цикла неудовлетворительна. Разгрузка серного электрода не вызывает прямого образования сульфида лития, но постепенно уменьшается с образованием промежуточных продуктов полисульфида лития, полисульфид лития будет растворяться в электролите, растворение потери. Растворенный полисульфид лития диффундирует к отрицательному электроду, с одной стороны, и затем окисляется на положительном электроде, создавая эффект челнока, что приводит к низкой кулоновской эффективности и высокому саморазряду. С другой стороны, растворенный полисульфид лития также имеет положительный заряд на поверхности положительного электрода во время зарядки Поэтому осаждение, приводящее к поверхности электрода из-за блокировки и инактивации, поэтому эффективность электродного цикла оставляет желать лучшего.
В настоящее время метод научных исследований заключается в использовании пористого углеродного материала для блокирования, адсорбирования ионов полисульфида и уменьшения его потери растворения. Эта стратегия кажется академической очень эффективной, но фактический эффект очень ограничен. Основное различие между этими двумя Лабораторные исследования основаны на очень маленьких кнопочных ячейках, очень тонких электродах, низкой загрузке серы и общем содержании серы около нескольких миллиграммов, тогда как реальные клетки имеют более высокое содержание серы (г) и Электрод - очень толстая установка для загрузки серы.
Например, в проекте литий-серной батареи 863 профессора Ай Синьпин лаборатория может циклически перерабатывать в 1000 раз композицию из серо-углеродного материала в фактической батарее, которую можно перерабатывать только несколько раз, а иногда даже мощность не может быть выпущена, это Эта причина.
2. Литий-отрицательная платно
Зарядка литиевого анода также является трудной задачей для решения за короткое время. Электрохимическая реакция должна содержать несколько последовательностей процессов, первая из которых - перенос реагентов из объемного раствора на поверхность электрода, который называется переносом массы жидкости. Второй способ - это реакция поверхности электрода на то, чтобы получить или потерять электрон, образование процесса продукта, называемое стадией электрохимической реакции, которое замедляется, реакция электрода контролируется с помощью этой стадии.
Для литиевого электрода процесс обмена электронов происходит очень быстро, поэтому перенос жидкой фазы является стадией контроля реакции, то есть перенос ионов лития из объема электрода на поверхность электрода является относительно медленным шагом. Это привело к некоторым проблемам, жидкая фаза На самом деле передача зависит от конвекции, если есть гравитация, будет конвекция, и скорость конвекции поверхности электрода в каждой точке не будет одинаковой, поэтому скорость реакции каждой точки будет различной. Где место быстро, литий-ионный Чем короче расстояние передачи, тем быстрее скорость осаждения лития, что является причиной роста литиевых дендритов.
Конечно, расстояние между положительным и отрицательным не то же самое, распределение тока не одно и то же, что также приводит к росту важной причины дендрита лития. Очевидно, что эти факторы в реальной батарее трудно избежать, следовательно, дендритный рост Вызванная литиевой перезаряжаемой проблемой не может сказать, что решения нет, но найти эффективное решение пока сложно.
Объемная плотность энергии ниже
Литиево-серные батареи имеют относительно низкую объемную плотность энергии и могут быть сопоставимы с литиевыми железо-фосфатными батареями, поскольку сера является изолятором, который позволяет ему реагировать, позволяя ему реагировать и рассеивать его, что требует использования больших количеств высокоуглеродистого поверхностного углерода, приводящего к образованию серы / углерода Плотность композитного материала очень мала, кроме того, реакция серы сначала растворяется, а затем осаждается, поэтому электрод должен иметь большое количество жидкофазных транспортных каналов.
И теперь большая часть литиево-серосодержащей сера-электродной электроды не может быть давлена, какое покрытие покрыто какой-то пористостью, особенно высокая, поэтому плотность объемной энергии очень низкая. Для автомобилей, особенно для легковых автомобилей Когда плотность энергии достигает определенного значения, объемная плотность энергии еще важнее, поскольку в легковом автомобиле не так много батарей.
Поэтому в этом смысле, по крайней мере, в области автомобильной энергетики литиево-серная батарея не представляет никакой надежды.
резюме
С нынешней точки зрения нет технического риска для достижения конечной цели в 300 Вт / кг к 2020 году, за исключением меньшей уверенности в безопасности. Что касается среднесрочной цели, согласно расчетам, 400 Вт / кг требует положительной емкости 250 мАч / г, с отрицательной емкостью 800 мАч / г, это требование также возможно с использованием современных материальных систем.
Однако долгосрочная цель: литиевая сера, теоретическая ценность лития, превышающая 500 Вт / кг (литиевая сера 2600 Вт / кг, литиевый газ 11000 Вт / кг), литиево-серые батареи могут быть ближе к рынку, чем литиево-воздушные батареи. Проблема не решена десятилетиями, а изучение литиевого воздуха по-прежнему невелико. В целом химические проблемы еще не были четко поняты и в настоящее время трудно коммерциализировать. Трудно сказать, какой из них в конечном итоге будет коммерциализирован в будущем, и его осуществимость Рассматриваться.
