E desenvolvimento de veículos elétricos usando o armazenamento de energia natural geração de energia são baterias essenciais de próxima geração têm sido muito popular. Isso é mais do que as baterias tradicionais de íon de lítio em termos de custo e desempenho do material super surgiu. Muitos países começaram veículos proibição da gasolina discussão, especialmente para o fornecimento de energia elétrica veículo de atenção é particularmente focado neste trabalho, a força motriz da bateria descoberta revolucionária que as recentes tendências notáveis relacionadas com novas tecnologias foram relatórios de acompanhamento.
reputação Diretor Técnico Asahi Kasei (de todos compatriotas) Senhor Akira Yoshino que: uma nova geração de baterias, a bateria all-solid prático mais próximo é uma bateria de iões de lítio como o pai (Nota: a par com a invenção Goodenough cobaltato de lítio, lítio-ião famosa O inventor do eletrólito), um dos Prêmios Nobel de Química, acredita que faz sentido que as baterias de todo o estado sólido sejam promissoras.
Tipo totalmente sólido, a força motriz de EV
Celular consiste de eléctrodos positivos e negativos e um canal de transporte de separação entre as mesmas, electrólito iões de lítio que consiste agora da bateria de lítio é um solvente orgânico extremamente inflamáveis. Todos bateria-sólido utilizando uma solução de electrólito como um electrólito sólido retardador de chama Substitua o eletrólito do solvente orgânico, a segurança será grandemente aprimorada.
No 2011 Médio para uma grande Kanno um tempo professores e outros com Toyota Motor e outras desenvolveram conjuntamente um novo eletrólito sólido como uma oportunidade de all-solid-state bateria começa a chamar a atenção das pessoas. Lithium-ion é extremamente fácil através da camada de eletrólito sólido, condutividade iônica ainda mais do que Nível tradicional de eletrólito.
Se a condutividade iônica é alta, o poder da saída da bateria irá aumentar. É montado em um carro elétrico, você precisa de uma grande quantidade de energia da bateria é insuficiente para alcançar o início rápida aceleração e performance de condução vai ser muito melhorada.
A Universidade DongGung e outras equipes de pesquisa continuam avançando a melhoria de materiais ao mudar os tipos de elementos, etc. Em 2016, a condutividade iónica do eletrólito sólido atingiu mais de duas vezes a do eletrólito orgânico e a densidade de energia da célula atingiu mais de três vezes. A bateria de estado sólido para esta bateria após a carga repetida e a descarga 1000 vezes, a capacidade é quase nenhuma atenuação, para atender aos requisitos da bateria de longa duração.
O carregamento rápido é possível. No entanto, como com as baterias de lítio tradicionais no carregamento rápido, também dendrite e outros problemas internos, levando a problemas ocultos internos de curto-circuito. Se esse problema for resolvido, o problema da carga rápida em poucos minutos Pode ser resolvido.
Os eletrólitos sólidos atuais, devido ao seu teor de enxofre, geram gás sulfeto de hidrogênio quando expostos à umidade no ar e os laboratórios exigem caixas de luvas especiais que operam dentro do selo e o ar externo não deve entrar na caixa de luvas, A montagem da bateria na bateria precisa ser operada sob tais condições especiais e o problema não é resolvido até que a produção em massa seja uma barreira técnica. (A equipe Toyota-Mitsui completou o processo de produção já há dois anos, mas não pode torná-lo público)
A tecnologia de bateria de estado sólido é o núcleo do eletrólito, isto é, para melhorar a condutividade iónica do eletrólito. "Se a condutividade do íon é 10 vezes a eletrólito normal, a bateria de estado sólido, todos os problemas foram resolvidos". Diretor Honorário de Yoshino disse.
Professor Kanno et al. Desenvolveu um eletrólito sólido que não contém elementos metálicos raros em 17 anos, e o custo foi reduzido em um terço, embora a condutividade caiu quase ao mesmo nível do eletrólito convencional. Se for desejado suprimir o gás sulfeto de hidrogênio (Nota: Esta é também a angústia da equipe do Professor Kanno, sua síntese laboratorial de eletrólitos de sulfetos Ge-free muito abaixo do desempenho da equipe Mitsui foi o tamanho Produção química de eletrólitos, a Toyota terminou basicamente o financiamento do projeto)
A escolha do eletrodo que determina a capacidade da bateria também é difícil, diz o professor Kanno: "Muitas equipes de pesquisa estão procurando materiais adequados ao eletrodo (para combinar o eletrólito)".
Takada Kodomo, vice-diretor do Instituto Nacional de Materiais do Japão, desenvolveu um novo sistema de materiais de eletrodos negativos, principalmente de silício, cuja capacidade de eletrodo negativo pode ser A cerca de 10 vezes a bateria de íon de lítio existente. Espera-se que a capacidade da bateria inteira seja aumentada em cerca de 50%. Projeto de estrutura parcialmente oxidado, o silício pode ser uniformemente expandido e contraído, o colapso do eletrodo de silício foi efetivamente resolvido .
O vice-chefe Takata disse: "Embora o princípio possa ser verificado, é necessário desenvolver tecnologias adequadas para a produção em massa". Atualmente, existem problemas como etapas complicadas de anexar uma película fina de silício a um substrato.
A Toyota planeja comercializar uma bateria de todo o estado sólido no primeiro semestre de 2020. Se o desafio técnico pode ser realizado até meados de 2020, as baterias de estado sólido não serão mais um sonho em EVs por volta de 2030. Claro, a gama completa de íons de lítio existentes As baterias são o fator mais crítico na promoção de baterias de estado sólido.
Barreiras de ruptura altas concentrações de eletrólito
As baterias de iões de lítio foram comercializadas pela primeira vez por empresas como a Sony e a Asahi Chemical em 1991. Com as melhorias subseqüentes, embora o desempenho tenha sido gradualmente aumentado, está próximo do limite superior da tecnologia. Atualmente, a tecnologia que pode quebrar essa barreira, a esperança Com as propriedades de eletrólitos sólidos de altas concentrações similares de eletrólito e, em seguida, melhorando os materiais de eletrodo que acompanham, etc., para melhorar ainda mais o desempenho das baterias de iões de lítio.
O professor Yasuo Watanabe, da Universidade Nacional de Yokohama, disse: "Ao tornar o eletrólito mais espesso, torna-se uma propriedade sólida". É tão sólido como não volátil e tem uma característica não inflamável, que não é exatamente a alta segurança que queremos Baterias? Professor Watanabe, que desenvolveu com sucesso o equivalente a cerca de 3 vezes a concentração atual de eletrólitos de alta concentração de eletrólito.
Em um eletrólito típico, apenas uma parte das moléculas de solvente orgânico são ligadas a íons de lítio, e moléculas livres não ligadas podem deixar o eletrólito e se volatilizar livremente, que se decompõem facilmente durante o carregamento e descarga repetidos para formar eletrólitos, eletrodos e similares Do principal motivo para a deterioração é notável o chamado solvente orgânico de "poliéter", tem a natureza dos iões de lítio cercados pela relação de mistura trabalhar duro e descobriu que uma variedade de formas moleculares de poliéter quase Todos com a combinação lítio-íon deste eletrólito podem efetivamente evitar a deterioração de eletrodos, etc., para desenvolver uma bateria de longa duração.
Professor Yamada, professor da Universidade de Tóquio, que conseguiu reduzir o tempo de carregamento da bateria para um terço do que as baterias habituais de iões de lítio usando eletrólitos de alta concentração em 2014. O professor Yamada disse: "No passado, se o senso comum chegasse alto Concentração, então a velocidade de reação da bateria será lenta, altas concentrações de eletrólito são consideradas não adequadas para baterias de íon de lítio.
Em 2017, desenvolvemos um forte eletrólito não inflamável que também possui um agente de extinção de bateria de iões de lítio que usa fosfato de trimetilo retardador de chama como solvente orgânico e não queima mesmo perto do fogo, Se for aquecido a 200 graus Celsius, ele irá gerar uma chama que pode extinguir a chama, para que possa se tornar uma oportunidade para desenvolver uma bateria que não acenda, inibindo a ignição de uma bateria de lítio.
Embora uma variedade de recursos de bateria novos valem a espera, mas o principal problema é o custo da síntese laboratorial desses materiais utilizados na bateria, o preço é extremamente caro. A professora Yamada disse: "No futuro, para alcançar a produção em massa, o material não é mais um especial, O custo do preço naturalmente cairá.
Uma das maneiras de melhorar o material do eletrodo é desenvolver um novo material que pode ser misturado com o material de eletrodo positivo existente para aumentar a capacidade e a potência de saída da bateria. A empresa líder em vidro óptico Ohara Manufacturing Co., Ltd. (Mitsui Systems) Material aditivo com capacidade reduzida sob carga rápida e condições de baixa temperatura. Este material de vidro desenvolvido de forma independente chamado "LICGC" pode ser misturado com o material catódico da bateria de estado sólido. O LIGGC é adicionado à bateria de estado sólido testada no material do cátodo para A bateria descarrega a uma taxa três vezes mais rápida do que a bateria Li-Ion normal (LIB), o que aumenta a capacidade em cerca de 40% e aumenta em cerca de 25% a menos 20 graus Celsius. Esta bateria deve ser adequada para uso em locais frios Em outras experiências, a melhoria do tempo de carga e da potência de saída também foi confirmada.
Universidade de Okayama, Templo do Oeste, Gui Zhi, assistente do desenvolvimento bem sucedido de uma carga rápida e alta relacionada com o positivo. Ele focado na pesquisa pode atrair óxido de íon de lítio. Na superfície do material de cátodo revestido com titânio e partículas de bário e outras matérias, O teste da bateria pode ser 5 vezes a carga usual de velocidade da bateria de íon de lítio.
Os carros elétricos (EV) demoram alguns minutos a cobrar rapidamente, o que é a maior desvantagem que os EVs têm sobre os carros com combustível que começam imediatamente. , Espera-se que o tempo de carregamento de EV seja encurtado. "Através da melhoria do eletrólito e do eletrodo, vimos o início de melhorar o desempenho da bateria de iões de lítio.
Enquanto romper o bom senso existente para continuar a desenvolver, acredito na bateria de íon de lítio existente com base na maneira de abrir uma nova geração de baterias para a próxima geração da estrada.
