batería Ascensión específico de energía se ha convertido en la dirección de la tecnología de núcleo para mejorar el kilometraje de los coches eléctricos basados en profesor de la Universidad de Wuhan punto de vista Ai Xinping, las condiciones técnicas de vehículos existentes, el diseño más razonable debe ser una sola 300Wh / kg corresponde 300 kilometros de resistencia; sola Cuerpo 400wh / kg duración de la batería correspondiente 400km, y si el monómero para hacer 500wh / kg, entonces la batería alcanzará 500km.
De hecho, la industria generalmente se cree que la tecnología de litio objetivo inmediato por alta níquel electrodo positivo ternario, un carbono de silicio electrodo negativo lograr 300Wh / kg; a base de manganeso y litio mid (2025), basado en la diana se enriquece electrodo negativo / alta capacidad Si-C, para lograr Monómero 400wh / kg; el objetivo a largo plazo es desarrollar litio-azufre, batería de litio, para alcanzar la energía específica de 500wh / kg de monómero.
En la figura siguiente se enumeran los distintos tipos de vida de la batería de los vehículos eléctricos, las baterías actuales de litio-ion es de 160 kilómetros, continúan optimizando el futuro de las baterías de iones de litio se espera que llegue a 200 km.
Progreso En cuanto a todos los tipos de baterías están ya en general que las baterías de litio-aire y de litio-azufre tienen una relativamente gran potencial, pero no estaba optimista sobre sus perspectivas para aplicaciones de baterías. La siguiente figura muestra una batería de litio-aire (sin agua y electrolitos) y litio La batería de azufre funciona.
01 ¿Por qué las baterías de litio no pueden?
El aire es el uso del litio litio metálico como un electrodo negativo, el oxígeno en el aire como el electrodo positivo de un sistema de baterías, por supuesto, electrodos de carbono porosos requieren oxígeno como un soporte de reacción. Aunque la selección catalizador estudios, el mecanismo de años, la selección de un electrolito, y similares puede ser cargado hemos hecho grandes progresos, sino como un producto, la batería de litio-aire tiene cuatro defectos fatales:
1. Control de humedad
batería de litio-aire es un sistema abierto, que no es el mismo y una batería de iones de litio, el uso de oxígeno de litio-aire en el aire, y el aire contiene agua, el agua reacciona con el litio. Tanto oxígeno y también el agua, que es una Difícil de resolver el problema.
2. Reducción catalítica de oxígeno
El litio no es lo suficientemente estable, actualmente solo se usa en ambientes de oxígeno puro
La velocidad de reacción del oxígeno es muy lenta, para aumentar la reacción de oxígeno activo debe ser catalizadores altamente eficientes para el presente catalizador es un metal noble, por lo tanto, necesario desarrollar catalizador barato y eficiente que ha sido restringido tabla corta el desarrollo de células de combustible.
electrodo negativo recargable de litio metálico 3.
Esto es un problema de litio dendritas la industria se ha estudiado durante 60 años, muchos investigadores tras otro, siendo el más mínimo progreso.
4. Los productos de descomposición descargan entonces
productos de descarga de la batería de litio-aire es un óxido de litio, óxido de litio y luego la descomposición catalítica sólida en oxígeno y litio, lo difícil.
Reunir tantos problemas centenaria en una batería de litio-aire, su viabilidad se puede decir que tiene muy escasas.
02 ¿Por qué la batería de litio-azufre no funciona?
la batería de litio-aire es una causa reciente de preocupación, pero hay una investigación batería de litio-azufre tan pronto como en 1940. Las baterías de litio-azufre utilizando ánodo de litio metálico utilizando azufre, la capacidad de azufre es muy alta, alcanzando 1.600 mA / g, que es ¿Por qué estudias las razones para ello, pero hay muchos puntos de dolor de batería de litio-azufre.
El rendimiento del ciclo del electrodo es pobre
En el que cuando la primera diferencia es que el electrodo de azufre cuando el rendimiento ciclo de descarga eléctrica no se producen directamente sulfuro de litio, pero gradualmente se reduce junto con un polisulfuro de litio generado producto intermedio; sulfuro de múltiples litio se disuelve en el electrolito, se disuelve pérdida. polisulfuros de litio disueltos difundir al aspecto del ánodo de la reducción, y luego la oxidación en el electrodo positivo, para generar el efecto de enlace, lo que resulta en eficacia culómbica baja auto-descarga y alta, por otra parte, la disolución de polisulfuros de litio preferencialmente durante la carga de la superficie del electrodo positivo Deposición, lo que resulta en la superficie del electrodo debido a la inactivación de bloqueo, por lo tanto, el rendimiento del ciclo del electrodo es pobre.
En la actualidad, el método de investigación científica es utilizar material de carbono poroso para bloquear, adsorber iones de polisulfuro y reducir la pérdida de disolución. Esta estrategia parece académica muy efectiva, pero el efecto real es muy limitado. La principal diferencia entre los dos es La investigación de laboratorio se basa en células de botón muy pequeñas, electrodos muy delgados, baja carga de azufre y un contenido total de azufre de unos pocos miligramos, mientras que las células reales tienen un mayor contenido de azufre (gramos) y El electrodo es una unidad de carga muy gruesa y con alto contenido de azufre.
Por ejemplo, en el proyecto del profesor Ai Xinping batería de litio-azufre 863, el laboratorio puede ciclar 1000 veces el material compuesto de azufre / carbono en la batería real, solo se puede reciclar varias veces, y algunas veces incluso una potencia no puede ser liberada, es Esta razon
2. Cargabilidad negativa del litio
La cargabilidad del ánodo de litio también es un problema difícil de resolver en corto tiempo. La reacción electroquímica debe contener varios procesos en serie, el primero es la transferencia de reactivos desde la solución a granel a la superficie del electrodo, que se denomina transferencia de masa líquida. El segundo proceso es la reacción de la superficie del electrodo para obtener o perder el electrón, la formación del proceso del producto, llamada etapa de reacción electroquímica. La reacción lenta del electrodo está sujeta al control por pasos.
Para el electrodo de litio, el proceso de intercambio de electrones es muy rápida, por lo tanto, el líquido de reacción es el paso de control de transmisión, es decir, la transferencia de los iones de litio de la solución a granel a las superficies de los electrodos de este paso es relativamente lento. Esto plantea algunos problemas, líquido entrega está sujeto a la influencia de la convección, de hecho, siempre que la gravedad, la convección estará presente, mientras que la velocidad de convección superficie del electrodo en cada punto no es el mismo, por lo tanto, cada punto de la velocidad de reacción es diferente. Donde, iones largo ayuno de litio Cuanto menor es la distancia de transmisión, más rápida es la velocidad de deposición del litio, que es la razón del crecimiento de las dendritas de litio.
Por supuesto, la distancia entre los electrodos positivos y negativos no es el mismo, la distribución de corriente no son los mismos, que es la razón importante para el crecimiento de dendritas de litio. Claramente, estos factores son difíciles de evitar una batería real, y por lo tanto, el crecimiento de la dendrita Causado por el problema de recarga de litio no puede decir que no hay solución, pero aún es difícil encontrar una solución efectiva.
La densidad de energía volumétrica es menor
batería de litio-azufre es relativamente baja densidad de energía volumétrica puede ser comparable al de fosfato de litio-hierro solamente, porque el azufre es un aislante, es conductor, reaccionar, dispersarlo, es necesario utilizar una gran cantidad de zona alta de carbono de la superficie, sulfuro de plomo / carbono densidad del material compuesto es muy pequeña y, además, el azufre se disuelve primera reacción redeposición, una gran cantidad de fase líquida debe existir en el canal de transmisión electrodo.
Ahora la mayor parte del electrodo de azufre de litio-azufre pieza polar de la batería es no la presión, de qué tipo de recubrimiento, la porosidad es particularmente alta, por lo que la densidad de energía volumétrica es muy baja para vehículos, especialmente para automóviles de pasajeros cuando la densidad de energía alcanza un determinado valor, el volumen de densidad de energía es aún más importante, porque no es que muchos lugares para turismos equipados batería.
Entonces, en este sentido, al menos en el campo de la energía automotriz, la batería de litio y azufre no es ninguna esperanza.
Resumen
Desde la perspectiva actual del desarrollo, que se logró en el año 2020 300Wh / kg este objetivo a corto plazo, además de la seguridad menos seguro, no hay riesgo de tecnología. En cuanto a objetivo a medio plazo, de acuerdo con los resultados, 400WH / kg necesarios para lograr el 250mAh capacidad electrodo positivo / g, con una capacidad negativa de 800 mAh / g, este requisito también es factible con los sistemas de materiales actuales.
Sin embargo, los objetivos a largo plazo, sulfuro de litio, valor nulo teórico de litio supera con creces 500wh / kg (de litio-azufre 2600wh / kg, litio aire 11000wh / kg), una batería de litio-azufre tal vez más cerca que la batería de litio-aire mercado, pero una batería de litio-azufre problemas no se han resuelto durante décadas, mientras que el estudio de litio-aire de un corto período de tiempo. en todo el problema de la química no ha entiende todavía claramente, es difícil de comercializar difícil decir cuál es el futuro finalmente comercializado, no va a ser posible, su viabilidad fuera Para ser considerado.
