Le lien ci-dessus: les piles à l'état solide impact pratique - de nouveaux acteurs sur scène pour aborder les angles morts des véhicules électriques existants
L'accent mis sur le développement des batteries à l'état solide s'est déplacé vers la production de batteries et le choix de matériaux appropriés (2)
L'émergence de nouvelles technologies, ont tendance à conduire l'amélioration continue de la technologie existante, cela se produit souvent avant qu'il ne soit pas considéré comme de réduire davantage le temps de charge de la batterie secondaire liquide lithium-ion, plus récemment, dans la densité de puissance a également été améliorée de manière significative, d'autres diverses caractéristiques sont améliorées, l'avenir peut être sur le marché pour concurrencer la batterie tout solide. Cependant, il est dit que non seulement purement compétition technique, mais aussi de fournir des indices sur l'avenir de tout état solide performance de la batterie.
Dans la batterie secondaire au lithium-ion liquide existante, le développement de technologies apparentées pour réaliser une charge ultra-rapide a récemment été très actif, et les fabricants de véhicules électriques n'ont pas été en mesure d'utiliser une charge ultra-rapide en améliorant la technologie existante Le risque d'une nouvelle technologie inconnue L'émergence d'une «technologie compétitive» affectera l'avenir de toutes les batteries à l'état solide.
Ce nombre dénommé « compétitif » doit être mis au point par « prochaine SCiB » (fig. 1) de SCIB par une batterie secondaire à ions lithium électrode négative Toshiba, Li utilise un potentiel relativement plus élevé de titanate de lithium (Li4Ti5O12 .: le LTO), de sorte que la durée du cycle de charge-décharge et de sécurité ont été considérablement améliorées. Etant donné que le haut potentiel électrique du lithium métallique déposée sur l'électrode négative, donc il n'y a pas de problème dû à un court circuit en raison de Li dendrite. cette cellule est montée dans Honda 'Fit EV'.
Figure 1: La sécurité Toshiba R & D, longue durée de vie et six minutes pour compléter la charge de la batterie SCiB, a, b sont des graphiques montrant les caractéristiques des batteries de nouvelle génération qui forme SCiB du produit est inférieur au côté long de la 20cm de la batterie, la capacité 49Ah jusqu'à 6 minutes. jusqu'à 90% du 5000 a également confirmé que les cycles de charge-décharge de charge ultra-rapide sans chauffage à une basse température de -10 ℃ être chargés encore 12 minutes à 90%. 90% de la capacité peut être maintenue après 25.000 cycles attendus la capacité est toujours en mesure de maintenir environ 80%. (photos et images de Toshiba)
D'autre part, en raison de l'électrode négative à haute tension, et le potentiel d'électrode électriquement positif devient faible, ce qui entraîne une faible tension de décharge et une faible densité d'énergie, et l'autre batterie de véhicule électrique afin d'améliorer la densité d'énergie en utilisant un faible potentiel de matériau de graphite ou de silicium comme une électrode négative, SCiB fait le ralentissement du marché.
6 minutes pour atteindre 90% de la charge
génération de produits Toshiba SCiB sont considérablement améliorées performance, réalisée à 2,5 fois le produit de la densité de courant d'entrée, la densité d'énergie est augmentée tandis que le volume de 350Wh / L, a atteint 2 fois la SCiB existante.
Une augmentation substantielle de la densité d'entrée entraîne un taux de décharge de 10 C à 25 ° C, soit 90% de la charge en 6 minutes (Figure 1 (b)). Même à -10 ° C, 90% de charge. "Il suffit d'utiliser un chargeur de 350 kW déjà installé en Allemagne, et ce n'est que 10C."
densité volumétrique d'énergie d'une nouvelle génération de produits est également plus élevé que la plupart de son lithium concurrents ion batterie secondaire, Toshiba vous attendez à restaurer cet inconvénient avant. Toutefois, le niveau actuel est encore loin incapable de rendre le véhicule électrique existant kilométrage réaliser un saut qualitatif. Si Toshiba pouvait le charger pendant 6 minutes, le kilométrage d'une seule charge ne serait pas si important. "Si vous installez un chargeur ultra-rapide tous les 200 kilomètres sur l'autoroute, vous pouvez résoudre le problème de la distance."
7 ans pour terminer la production négative
Une des raisons de ce qui précède Toshiba parvenir à une amélioration de la performance, avec TiNb2O7 (TNO) remplacer le matériau d'anode d'origine SCiB le LTO (tableau 1), la plus grande différence est l'addition de niobium (Nb). Par conséquent, le support électronique obtenu / réception une multiplication par trois du nombre, suivi par la densité du matériau augmente de près de 3 fonctionne également, TNO densité de capacité volumique théorique jusqu'à trois fois le LTO, le graphite est le double d'autre part, la tension LTO TNO est sensiblement la même, donc en gros LTO peut étendre la fiabilité de la batterie et d'autres avantages Note 1)
Note 1) La nouvelle génération de batteries améliore encore la durée de vie de charge-décharge à long terme du SCiB. Jusqu'à 90% de la capacité a été confirmée après 5000 cycles de charge et décharge et la capacité devrait rester autour de 80% après 25 000 cycles En supposant un entretien de 70 ans, même avec un cycle de charge / décharge par jour, il y a de fortes chances que le plus gros problème des marchés EV existants soit résolu (le problème de la réduction drastique de la capacité sur le marché des voitures d'occasion).
Tableau 1 L'addition de Nb à un négatif LTO à basse tension atteint une densité de capacité volumétrique trois fois existante.
Divers fabricants et instituts de recherche n'ont pas utilisé TNO pour concurrencer la recherche et le développement de batteries de nouvelle génération, car si TNO a une densité théorique élevée, le matériau a une faible conductivité et une haute cristallinité, ce qui entraîne une mauvaise conductivité des ions lithium. . "Toshiba a commencé à rechercher le développement de la technologie correspondante des sujets mentionnés ci-dessus d'environ 2010 et a finalement atteint le niveau pratique en sept ans, réalisant également une charge ultra-rapide dans ce processus.
Note 2: Toshiba prévoit de lancer une nouvelle génération de SCiB commerciale SCiB en 2019 en dépit d'une nouvelle génération présente de nombreux avantages dans la performance, mais toujours problématique « prix élevé actuel de Nb, qui est pas trop préoccupé par la cause des concurrents de TNO. «Toutefois, les ressources de niobium lui-même, en fait, cette ressource est plus abondante que le plomb (Pb) ressource M. Takami a déclaré: « causé par des prix élevés principalement en raison de l'absence actuelle de la demande, l'exploitation minière est très faible, avec l'augmentation de la demande et d'augmenter le montant de l'exploitation minière, le prix baissera rapidement.
Le matériau électrolytique d'ions Li comme un additif conducteur
Toshiba n'a pas divulgué de technologies spécifiques pour une charge ultra-rapide sur le SCiB de nouvelle génération, mais il existe un indice que cette technologie pourrait être développée par Ohara, qui opère du verre optique Ohara développe depuis longtemps des solutions pour des électrolytes de batterie tout-solide Matériaux en verre et verre céramique 'LICGC' qui est précipité dans le verre, etc. Dans les matériaux à base d'oxyde, LICGC a une conductivité ionique Li élevée et une stabilité atmosphérique.De début 2017, OHARA a proposé d'utiliser le LICGC comme liquide Additif de l'électrode positive d'une batterie secondaire au lithium-ion (figure 2) Le LICGC ayant une conductivité ionique Li élevée devient un adjuvant conducteur d'ions Li dans un matériau d'électrode positive.
Figure 2: électrolyte solide pour améliorer la capacité de la batterie liquide et la puissance de sortie Figure OHARA batterie au lithium-ion liquide ajouté oxyde à l'état solide matériau électrolyte 'LICGC' application du cas dans des circonstances normales, LIB positif si augmenté à une certaine épaisseur Si la capacité n'augmente pas, l'ajout de LICGC peut augmenter la capacité, car l'insertion et le retrait de l'ion Li cathodique sont plus faciles: plus le taux de décharge est élevé, plus la capacité à augmenter est grande (photos et figure b). De la société OHARA)
Une forte permittivité augmente la conductivité ionique
effet DETAILLEE peut être améliorée en augmentant l'épaisseur de la capacité de l'électrode positive dans une certaine mesure. plus l'effet d'augmenter la capacité de charge-décharge La conductivité ionique de ce matériau dans le cas, en particulier, plus le rapport, où une grande quantité, en accord avec le principe de pores de diffusion, mais l'occasion si seulement une petite quantité d'autres matériaux dans le principe mentionné ci-dessus ne sont pas applicables.
OHARA améliorer le taux de décharge, etc. L'une des raisons est le matériau haute permittivité en ajoutant LICGC. « Les particules sont polarisées chargées négativement continueront d'attirer des ions de lithium », LB-BU Produits d'entreprise ministre spéciale Division agriculture OHARA Directeur exécutif Nakashima médiation M. explication.
titanate enduit barium améliorer le grossissement
Il existe plusieurs tentatives d'utiliser un matériau à haute permittivité selon le cas de l'additif conducteur ionique, par exemple, le fabricant du matériau Université Dagangshan Toshima fabriqué par un tel condensateur céramique stratifié utilisant le matériau de particules de titanate de baryum (BaTiO3) appliquée sur l'électrode positive , le taux élevé de charge-décharge est améliorée de manière significative la capacité de charge (fig. 3). Il est dit que le cas étant capable de fonctionner à 50 ° C pile bouton de grossissement.
Revêtement de la surface de l'électrode positive sur la Fig. 3 de la poudre de permittivité forte, ultra taux de charge-décharge à haute vitesse devient.
Toshima fabrication Université Okayama développé conjointement avec un matériau de cathode RESUME charge rapide (a, b) par le procédé sol - gel et à recouvrir la surface des particules du matériau d'électrode positive titanate de LiCoO2 deux types de la décomposition du composé organométallique (MOD) baryum (BaTiO3 -) fait pile bouton a été trouvée en utilisant la méthode d'amélioration de l'effet de grossissement est supérieure MOD.
En outre, dénommé «lithium-ion secondaire du parent M. John Goodenough développé dans un autre des résultats de laboratoire. Si Ba est ajouté au verre lui-même plutôt que l'électrode positive dans l'électrolyte, améliorant ainsi permittivité, de sorte que la même conductivité ionique le taux de charge et de décharge caractéristiques ont considérablement augmenté et la capacité de charge plus complète et décharge augmente plus.
« Plus la charge et la décharge complète, la capacité augmente plus » Ceci est un condensateur Li-ion à l'état solide tout est-il?
À la fin de février 2017, nous avons entendu des nouvelles choquantes de l'étranger selon lesquelles la salle de recherche de John Goodenough, professeur à l'Université du Texas à Austin aux États-Unis, a publié une déclaration selon laquelle un électrolyte solide pouvait atteindre la conductivité ionique Li ou Na Plus de 10-2S / cm., Et la batterie peut être faite avec l'électrolyte ci-dessus peut être chargé en quelques minutes.En outre, la basse température -20 ℃ pour fonctionner correctement, 1200 fois la capacité sans charge et la décroissance de décharge.
Les électrolytes de verre susmentionnés, c'est-à-dire les matériaux à base d'oxyde, peuvent ouvrir la voie à la commercialisation précoce des batteries Li-air si le même niveau de conductivité ionique des matériaux à base de sulfure peut être atteint. Lors du 58ème Symposium sur les batteries organisé en novembre 2017, Mme Maria Helena Braga, auteure de la thèse, a également été invitée à prononcer un discours (Mme Maria Helena Braga travaille en tant que professeur associé à l'Université de Porto, Portugal). Le président exécutif de l'Université de Kyushu, le professeur Okada, a déclaré: «Cette présentation est un point fort de ce séminaire sur les batteries.
Au-delà de la compréhension de nombreux chercheurs
Cependant, le discours de Mme Braga, le contenu n'est pas beaucoup d'auditeurs attendent une conductivité ionique élevée et leurs effets, dès le début de la présentation, Mme Braga mentionner la chose la plus importante est pas une conductivité ionique élevée est élevée, mais haute permittivité ', de nombreux chercheurs Dit "ne peut pas comprendre", le contenu de la Braga se réfère aux douteux.
Selon une interview accordée à Mme journaux Braga, les discours sur le « Cell Seminar » et le magazine Nikkei, Mme Braga a développé la technologie se résument comme suit: Tout d'abord, un matériau de verre, composé par le A2.99Ba0.005O1 + xCl1- 2x, dans laquelle a est Li ou Na, par une petite quantité d'atomes de Ba (de baryum) atomes, on a ajouté Li (ou Na), car un atome de Ba peut être remplacé par 2 Li (ou Na) atome, formant ainsi un grand nombre de postes dans le matériau . Li conduction ionique à travers les trous, à savoir un soi-disant diffusion de vacance. dans les dernières données, Li conductivité ionique est de 2,5 × 10 -2 S / cm. Université de Tokyo et similaires mis au point un matériau à base de sulfure est du même niveau Plage potentielle jusqu'à 9V, très large.
La capacité de la batterie atteint 10 fois la capacité positive
Braga et al ont utilisé cet électrolyte pour prototyper une batterie Li-S et étudié sa capacité de charge-décharge Les résultats montrent que la capacité de décharge est environ dix fois celle de l'électrode positive soufre (S), qui ne peut être obtenue par la présente théorie. Ce phénomène est cependant expliqué, et la capacité de charge-décharge ne diminue pas ou ne dégénère pas lorsque le nombre de cycles augmente, et après plus de 10 mois et plus de 15 000 cycles, la capacité continue d'augmenter.
En fait, d'autres institutions ont également mené des études sur le fait que les batteries Li-S ont une capacité de charge / décharge supérieure à la capacité S, ou une charge et décharge plus importante, une capacité plus importante, etc. De l'Institut de recherche Kanno et d'autres organismes ont également été signalés.Bien que pas entièrement clarifié, mais il existe deux hypothèses: (1) le rôle de l'électrolyte en tant que matériau actif, (2) l'électrode et l'électrolyte à l'interface quelle réaction.
L'analyse indépendante de Braga et al .. conclut que le S de la batterie préparée ne fonctionne pas comme une électrode positive et Li est précipité à partir du matériau de carbone auxiliaire conducteur dans l'électrode positive. C'est-à-dire que la raison de l'augmentation de la capacité est que la valeur de la permittivité ε augmente lorsque la polarisation dans l'électrolyte s'aligne lentement et que la capacité du condensateur correspond exactement à Q = CV = Epsilon S / d (Q: charge, C: capacité électrostatique, S: surface, d: distance entre électrodes) »(Mme Braga).
Vu ce qui précède, Mme Braga a souligné des similitudes avec un « condensateur à double couche (e EDLC) » essai de la batterie classique de dispositif de stockage. Cependant, une des électrodes EDLC sont deux batteries matériau de type carbone symétrique, tandis que l'autre dans un aspect, le prototype d'une électrode de batterie de Li, et fait partie asymétrique. en ce sens, la nouvelle cellule peut être un matériau solide utilisé comme « tout-solide LIC » condensateur d'ions Li (LIC) électrolyte .
La figure mixte B batterie Li-S et un condensateur électrique à double couche
Mme Braga discours sur la base et des interviews, un aperçu du dispositif de stockage d'énergie de l'Université du Texas à Austin et Mme Braga M. Goodenough et al développé, bien que la configuration d'un appareil similaire au soufre de lithium tout solide (Li - S) batterie, mais même dans la charge-décharge lorsque, sensiblement S exercer également une fonction positive (ce qui ne contribue pas à la réduction de l'oxydation). avec la répétition de charge et de décharge, la capacité augmente la densité. près de 10 fois la capacité des S, Li métallique est proche de la valeur théorique.
Charge ultra-rapide, le taux de décharge de ordinaire
EDLC LIC ou différent et, bien que la charge de la batterie très rapide, mais le taux de décharge générale batterie secondaire au lithium-ion (LIB) est sensiblement les mêmes caractéristiques de décharge de condensateur est pas aussi vers le bas, mais est similaire à la LIB que tension de plateau dans une certaine plage. de ce point de vue, il est facile de remplacer le LIB.
De la naissance du cristal anti-perovskite
Mme Braga n'a pas coopéré avec le laboratoire Goodenough, presque indépendamment développé le verre d'électrolyte solide (Figure B-2). « Dans l'Institut des États-Unis LosAlamos National Laboratory (LANL), elle a essayé de contre-perovskite la structure vides « Li3ClO » créent des cristaux conducteur d'ions. les tests après une longue répétition, et a finalement obtenu de l'hydroxyde de cristaux (phase hydroxyde) (Ms Braga).
Braga revint ensuite au Portugal: «L'humidité du Portugal est beaucoup plus élevée que celle du LANL, et le cristal de la phase d'hydroxyde est très facile à obtenir, ou l'humidité peut être meilleure à des niveaux plus élevés, avec plus de 130 ° C De la température, l'humidité légèrement supérieure à l'environnement essaie de recréer le résultat a été déshydraté mieux que le matériau d'hydroxyde.Essayez d'ajouter des matériaux dans ce matériau pour créer des vides, le résultat est de trouver un verre Le transfert de matériau Tg à très basse température, qui est maintenant le matériau de verre. »(Mme Braga)
Après cela, elle a répété l'analyse théorique comprenant des calculs de premiers principes et des matériaux expérimentaux comprenant le rayonnement synchrotron et l'irradiation neutronique, et a conclu qu'il n'y a aucune erreur dans les valeurs de conductivité ionique et la plupart de la capacité vient de la polarisation Conclusion
Mme Braga a souligné que la conductivité ionique Li de cet électrolyte en verre dépend fortement de la quantité d'humidité et de OH contenu dans le matériau. Il est dit que moins OH- etc., plus la conductivité ionique Li est élevée, dit Mme Braga Le matériau de la phase d'hydroxyde est imprégné dans le non-tissé en tant que matériau précurseur, immergé dans de l'éthanol absolu ou analogue, et déshydraté et déshydrogéné.
La production de masse peut-elle être réalisée?
Un chercheur de société cellulaire d'une société japonaise qui interagit avec Goodenough Labs prétend le savoir, et si cela est pratique, cela affectera-t-il la société dans son ensemble? Comment se fabrique la production d'électrolytes de verre? Il est important parce que le matériel n'est pas étanche, et en supposant que les résultats de la recherche de l'équipe de Braga et les résultats analytiques sont tous corrects, il faudra du temps pour le produire en masse.
