Frontseite der Verbindung: der Einfluss der Festkörperbatterie praktisch - ein neuer Spieler debütieren, um die vorhandenen blinden Stellen in den elektrischen Fahrzeugen zu lösen
Schwerpunkt der Entwicklung von Halbleiterbatterien war die Herstellung von Batterien und die Auswahl geeigneter Materialien (2)
Das Aufkommen neuer Technologien führt häufig zu Verbesserungen des Stands der Technik, der häufig bei flüssigen Lithium-Ionen-Sekundärbatterien auftritt, die zuvor als unfähig angesehen wurden, die Ladezeit weiter zu verkürzen, und in letzter Zeit signifikante Verbesserungen der Leistungsdichte erzielt haben Eine Reihe von Funktionen verbessert sich ebenfalls und wird wahrscheinlich in Zukunft mit allen Festkörperbatterien auf dem Markt konkurrieren, aber es soll mehr sein als nur technologischer Wettbewerb, aber es gibt auch Hinweise auf zukünftige Leistungsverbesserungen bei Festkörperbatterien.
In der bestehenden flüssigen Lithium-Ionen-Sekundärbatterie war die Entwicklung verwandter Technologien zur Realisierung ultraschneller Aufladung in letzter Zeit sehr aktiv, und EV-Hersteller waren nicht in der Lage, ultraschnelles Laden durch Verbesserung der bestehenden Technologie zu verwenden Das Risiko unbekannter neuer Technologien Das Aufkommen von "wettbewerbsfähiger Technologie" wird die Zukunft aller Festkörperbatterien beeinflussen.
Die sogenannte Nummer eins dieser "wettbewerbsfähigen Technologie" sollte von Toshibas SCIB (Abbildung 1) SCIB Lithium-Ionen-Sekundärbatterie entwickelt werden, indem eine negative Elektrode verwendet wird, das relative Potenzial von Lithium Lithiumtitanat (Li4Ti5O12: LTO), so dass die Lebensdauer und Sicherheit des Lade-Entlade-Zyklus aufgrund des hohen Potentials signifikant verbessert wurde, wird Lithium nicht auf dem Negativ abgelagert, so dass es keinen Mangel an Li-Dendriten aufgrund von Kurzschluss geben wird. "Fit EV".
Abbildung 1: Toshibas Safe-, Long-Life- und 6-Minuten-Akkuladung SciB, a und b zeigen die Zellenform und Eigenschaften der nächsten Generation von SciB-Produkten mit einer langen Seite von weniger als 20 cm und einer Kapazität von 49 Ah. Innerhalb von 90% der ultraschnellen Ladung kann innerhalb von 12 Minuten bei 90% ohne Erhitzen auf eine niedrige Temperatur von -10 ° C geladen werden. Gleichzeitig wird nach 25.000 Zyklen erwartet, dass die Lade- und Entladezyklen von 5000 90% der Kapazität halten können Die Kapazität ist immer noch in der Lage, etwa 80% zu halten. (Fotos und Bilder von Toshiba)
Andererseits wird die Potentialdifferenz mit der positiven Elektrode aufgrund der hohen Spannung der negativen Elektrode klein, was zu niedriger Entladungsspannung und niedriger Energiedichte führt, wohingegen andere elektrische Fahrzeugbatterien die Energiedichte erhöhen, indem Graphit mit niedrigem Potential oder Silizium als negative Elektrode verwendet wird. SCiB macht den Markt rückläufig.
6 Minuten um 90% Ladung zu erreichen
Die SCiB-Produkte der nächsten Generation von Toshiba bieten eine erheblich verbesserte Leistung und erreichen die 2,5-fache Eingangsleistung bestehender Produkte, während die volumetrische Energiedichte auf 350Wh / L, bis zu 2-mal so hoch wie der vorhandene SCiB, anstieg.
Eine wesentliche Zunahme der Eingangsdichte führt zu einer Entladungsrate von 10 C bei 25 ° C, dh 90% der Ladung in 6 Minuten (1 (b)). Sogar bei -10 ° C, 90% laden. "Verwenden Sie einfach ein 350kW Ladegerät, das bereits in Deutschland installiert wurde, und es ist nur 10C."
Die volumetrische Energiedichte einer neuen Generation von Produkten ist auch höher als die meisten der konkurrierenden Lithium-Ionen-Sekundärbatterien, Toshiba freut sich darauf, den vorherigen Nachteil wiederherzustellen. Jedoch ist der aktuelle Umfang weit von der aktuellen elektrischen Fahrzeuglaufleistung entfernt, um einen qualitativen Sprung zu erreichen. Wenn Toshiba es für 6 Minuten aufladen könnte, wäre die Kilometerleistung einer einzelnen Ladung nicht so wichtig: "Wenn Sie alle 200 Kilometer auf der Autobahn ein ultraschnelles Ladegerät aufstellen, können Sie das Problem der Entfernung lösen."
7 Jahre, um negative Produktion abzuschließen
Ein Grund für die oben Toshiba Leistungsverbesserung erreichen, mit TiNb2O7 (TNO) ersetzt das ursprüngliche Anodenmaterial SCiB die LTO (Tabelle 1), der größte Unterschied ist der Zusatz von Niob (Nb). Dementsprechend ist der erhaltene elektronische / Empfangsträger eine dreifache Zunahme der Zahl, durch die Materialdichte erhöht, gefolgt fast 3 auch Funktionen, TNO theoretische Volumenkapazitätsdichte der LTO bis zu dreimal, Graphit ist das doppelte die andere Seite ist die LTO TNO Spannung im wesentlichen das gleiche ist, so dass im Grunde LTO können Vorteile hinsichtlich der Zuverlässigkeit der Batterie fortzusetzen. Anmerkung 1)
Anmerkung 1) weiter zu einer neuen Generation von Batterieladung zu entwickeln und Entladung, lange Lebensdauer, die Vorteile der Eigenschaften des SCiB ‚Es wurde nach 5000 Lade-Entlade-Zyklen bestätigt wurden, können 90% der Kapazität nach 25.000 Zyklen halten, wird die Kapazität voraussichtlich noch in der Lage sein, um etwa 80% zu halten ‚sogar davon aus, dass einmal täglich Lade-Entlade-Zyklen, sondern auch die Verwendung von 70 Jahren zu halten, damit eine große Möglichkeit, das größte Problem des herkömmlichen EV Markts (Gebrauchtwagenmarkt Kapazität deutlich abgeschwächten Ausgaben) zu lösen.
In Tabelle 1 ist die Zugabe von Nb LTO niedriger negativer Spannung, zu erreichen das Dreifache die vorhandene Volumenkapazitätsdichte.
Grund verschiedene Hersteller und Forschungsinstitute im Wettbewerb eine neue Generation von Batterien, TNO zu entwickeln, die nicht benutzt wurde ‚, obwohl das eine hohe theoretische Kapazitätsdichte der TNO, aber schlechte Leitfähigkeit dieses Materials, was zu einer hohen Kristallinität und Lithium-Ionen-Leitfähigkeit Unterschied ‚Toshiba von etwa 2010 begann die entsprechende technische Entwicklung der oben genannten Probleme zu studieren, dauerte sieben Jahre, bis schließlich ein praktisches Niveau zu erreichen. in diesem Prozess, sondern auch ultra-schnelle Aufladung zu erzielen. Anmerkung 2)
Anmerkung 2: Toshiba eine neue Generation von kommerziellem SCiB SCiB im Jahr 2019 trotz einer neue Generation hat in der Leistung viele Vorteile starten will, aber immer noch problematisch ‚aktuelle hohe Preis von Nb, die über die Ursache der TNO-Konkurrenten nicht allzu besorgt ist. ‚Allerdings Niob Ressource selbst, in der Tat, diese Ressource ist häufiger als Blei (Pb) Ressource‘ Mr. Takami sagte: ‚verursacht durch die hohe Preise vor allem aufgrund des derzeitigen Mangel an Nachfrage, Bergbau sehr klein ist, mit dem Anstieg der Nachfrage Mit der Zunahme des Bergbaus wird der Preis schnell fallen.
Elektrolytmaterialien werden als Li-Ionenleitfähigkeitshilfen verwendet
Toshiba nicht offen legen, die spezifische Technologie ultra-schnelle Aufladung in der nächsten Generation von SCiB zu erreichen, aber es gibt einen Hinweis darauf, dass ich diese Technologie durch die Technologie von optischem Glas ausgeführt werden kann Ohara entwickelt. Ohara lange verwendet, bei der Entwicklung all-Solid-State-Batterie-Elektrolyten Glasmaterial, Glas und Glaskeramik feine Kristalle präzipitiert ‚LICGC‘ wie Material in dem oxidbasierten Material, hohe LICGC Li-Ionenleitfähigkeit und atmosphärische Stabilität. 2017 vorgeschlagenen OHARA als Flüssigkeit LICGC LICGC additive Kathode von Lithium-Ionen Sekundärbatterie (Fig. 2) eine hohe Li-Ionenleitfähigkeit der positiven Elektrode, wird Li-Ionen-leitfähiges Hilfsmaterial.
Abbildung 2: Flüssig-Fest-Elektrolyt der Batteriekapazität und Leistung Graph OHARA fügen Oxidbasis Anwendungsbeispiel ein Festelektrolytmaterial ‚LICGC‘ in einer flüssigen Lithiumionen-Batterie unter normalen Umständen, wenn die LIB positive Elektrode erhöht sich auf eine bestimmte Dicke zu verbessern. nachdem die Kapazität nicht erhöhen, kann die Kapazität durch Zugabe von LICGC gemacht wird weiterhin als die positive Elektrode Li-Ionen eingebettet sind leichter Extrusion. die höhere Lade-Entlade-Rate, desto größer ist die Kapazitätserhöhung Wirkung (Figur b sind Fotografien erhöhen von Ohara Unternehmen)
Hohe Permittivität erhöht die Ionenleitfähigkeit
Der spezifische Effekt besteht darin, dass durch Erhöhen der Dicke der positiven Elektrode die Kapazität bis zu einem bestimmten Ausmaß erhöht werden kann, und insbesondere je höher die Lade-Entlade-Rate ist, desto größer ist der Effekt der Erhöhung der Kapazität. Die Ionenleitfähigkeit dieses Materials erfüllt das Prinzip der Lochdiffusion im Falle einer großen Menge. Wenn jedoch nur eine kleine Menge anderer Materialien zu dem Anlass hinzugefügt wird, gilt das obige Prinzip nicht.
Einer der Gründe, warum OHARA die Entladungsrate durch Hinzufügen von LICGC erhöht, ist die hohe Permittivität des Materials: "Die polarisierten negativ geladenen Partikel werden weiterhin Lithiumionen anziehen." OHARA Executive Director Special Products Division LB-BU Business Unit Manager Nakashima Toshiaki Herr erklärte.
Bariumtitanat-Beschichtung zur Erhöhung der Geschwindigkeit
Es gibt mehrere Versuche, ein Material mit hoher Dielektrizitätskonstante, wie der Fall des ionenleitenden Zusatzstoff zu verwenden, beispielsweise der Hersteller der Universität Dagangshan Toshima Material durch eine solche laminierte Keramikkondensator unter Verwendung des Materials aus Bariumtitanat hergestellt (BaTiO3) beschichtet auf der positiven Elektrode Bei der hohen Lade- und Entladerate verbessert sich die Ladekapazität deutlich (Bild 3). Es wird gesagt, dass die Batterie der 50C-Knopfbatterie noch laufen kann.
Abbildung 3 Die Oberfläche der positiven Elektrode mit einer starken Permittivität Pulver, Lade-und Entladerate in ultra-hohe Geschwindigkeit beschichtet.
Toshima Okayama University in Verbindung mit Schnellladung ZUSAMMENFASSUNG Kathodenmaterial entwickelte Herstellung (a, b) durch das Sol - Gel-Verfahren und zwei Arten der Organometallverbindung Zersetzung (MOD), um die Partikeloberfläche der positiven Elektrodenmaterial LiCoO2 Titanat abzudecken Barium (BaTiO3 -) hergestellt Knopfzelle gefunden wurde, das Verfahren von MOD Vergrößerung unter Verwendung verbessernde Wirkung größer ist.
Ferner bezeichnet als ‚Lithium-Ionen-Sekundärbatterie des Mutter‘ Mr. John Goodenough in einem anderen Labor Ergebnisse entwickelt. Wenn Ba an das Glas selbst hinzugefügt wird, eher als die positive Elektrode in dem Elektrolyten, wodurch Permittivität verbessern, so dass dieselbe Ionenleitfähigkeit die Rate der Ladungs- und Entladungseigenschaften haben im wesentlichen, und die vollständigere Ladungs- und Entladungskapazität erhöht sich mehr angebaut.
‚Gründlichere Laden und Entladen, wobei die Kapazitätssteigerungen mehr‘ Dies ist ein all Festkörper- Li-Ionen-Kondensator ist es?
Das Ende Februar 2017 kam aus dem Ausland schockierender Nachricht, Mr. John Goodenough, Professor an der University of Texas in Austin, sagte Veröffentlichung Labor kann einiger Glasfestelektrolyt verwendet bei 25 ℃ unter Li-Ionen oder Na-Ionen-Leitfähigkeit erreicht werden als 10-2S / cm. Weiterhin können die Elektrolytbatterien hergestellt in wenigen Minuten geladen werden. Außerdem kann es bei einer niedrigen Temperatur von -20 ℃, Ladungs- und Entladungskapazität von 1200 mal ohne Dämpfung arbeiten.
Der Glas Elektrolyt, ein Oxid basierendes Material, das heißt, wenn wir das gleiche Maß an Sulfidionenleitfähigkeit des Materials erreichen können, können Sie Li öffnen Luft-Batterie frühe Kommerzialisierung der Tür oben und veröffentlichte Papiere, thermische Batterie Forscher in Japan verursacht treffen, im November 2017 statt ‚58. Tagung der Batterie Symposium‘, auch die Schreib Autor Frau Maria Helena Braga einen Vortrag (Frau Maria Helena Braga an der Universität von Portugal Porto arbeitete, Associate Professor) gab eingeladen. Batterie Symposium die tatsächliche Ausführung Vorsitzende Professor an der Kyushu Universität sein, sagte Okada andere respektieren diese Rede ein großes Highlight des Seminars Batterie ist ".
Jenseits des Verständnisses vieler Forscher
Frau Braga spricht jedoch nicht über die hohe Ionenleitfähigkeit, die von vielen Zuhörern erwartet wird, und ihre Wirkung: Seit ihrer Rede erwähnte Frau Braga, dass "das Wichtigste nicht die hohe Ionenleitfähigkeit, sondern die hohe Permittivität" und viele Forscher sind Sagte "kann nicht verstehen", bezieht sich der Inhalt der Braga auf die zweifelhaften.
Laut einem Interview mit Frau Braga Papieren, Reden über das ‚Cell Seminar‘ und das Nikkei-Magazin entwickelte Frau Braga Technologie wird wie folgt zusammengefasst: Zunächst wird ein Glasmaterial, bestehend aus der A2.99Ba0.005O1 + xCl1- 2x, worin a Li oder Na, wurde von einer kleinen Menge an Ba (Barium) Atom Li (oder Na) Atom hinzugefügt, da ein Ba-Atom (oder Na) Atom, so dass eine große Anzahl von Leerstellen bilden, in dem Material mit 2 Li ersetzt sein kann . von Li-Ionen-Leitung durch die Löcher, das heißt eine sogenannte Leerstellendiffusion. in den neuesten Daten, Li-Ionenleitfähigkeit 2,5 × 10 -2 S / cm. Universität von Tokyo und dergleichen entwickelte Sulfid basierendes Material ist von der gleichen Ebene die potentielle Reichweite von bis zu 9 V, sehr breit.
10-fache der Kapazität der Batterie positive Elektrodenkapazität
Bei einer solchen Elektrolyt Braga et al Studie mit einem Li-S-Batterie und untersucht ihre Lade-Entlade-Kapazität. Die Ergebnisse zeigten, dass die positive Elektrode Entladekapazität von etwa Schwefel (S) multipliziert mit der Kapazität zur Zeit durch weitere Theorie ist verfügbar, nicht Dieses Phänomen wird jedoch erklärt, und die Lade-Entlade-Kapazität nimmt nicht ab oder wird dendritisch, wenn die Anzahl der Zyklen zunimmt, und nach mehr als 10 Monaten und mehr als 15.000 Zyklen nimmt die Kapazität weiter zu.
In der Tat haben andere Institutionen auch Studien über das Phänomen durchgeführt, dass Li-S-Batterien eine Lade- / Entladekapazität haben, die die S-Kapazität oder eine gründlichere Ladung und Entladung, eine größere Kapazität usw. übersteigt. Zum Beispiel das Samsung Research Institute in Japan, Tokyo Institute of Technology Über das Kanno Research Institute und andere Agenturen wurde ebenfalls berichtet. Obwohl nicht vollständig geklärt, aber es gibt zwei Hypothesen: (1) die Rolle des Elektrolyten als aktives Material, (2) die Elektrode und der Elektrolyt an der Grenzfläche welche Reaktion.
Die unabhängige Analyse von Braga et al. Kommt zu dem Schluss, dass das S der vorbereiteten Batterie nicht als positive Elektrode fungiert und Li aus dem leitfähigen Hilfskohlenstoffmaterial in der positiven Elektrode ausgefällt wird Das heißt, der Grund für die Zunahme der Kapazität ist, dass der Wert der Permittivität & egr; zunimmt, wenn sich die Polarisation in dem Elektrolyt langsam ausrichtet, und die Kapazität des Kondensators genau übereinstimmt mit Q = CV = Epsilon S / d (Q: Ladung, C: elektrostatische Kapazität, S: Fläche, d: Abstand zwischen den Elektroden) (Frau Braga).
Aus dem obigen Blickwinkel wies Frau Braga auf die Ähnlichkeiten zwischen den Prototyp-Batterien und den existierenden "EDLC" -Speichervorrichtungen hin, jedoch ist die EDLC eine Zelle, in der beide Elektroden in Kohlenstoffmaterial symmetrisch sind und die andere Auf der einen Seite, diese Probe Batterie 1 Elektrode ist Metall Li, ist asymmetrische Art. In diesem Sinne kann die neue Batterie ein festes Material sein wie ein Li-Ion-Kondensator (LIC) Elektrolyt "alle festen LIC" .
Abbildung B Li-S-Batterie und elektrische Doppelschichtkondensatormischung
Ms Braga basierter Sprach- und Interviews, eine Übersicht der Energiespeichervorrichtung University of Texas in Austin und Frau Braga Mr. Goodenough et al entwickelt, obwohl die Gerätekonfiguration ähnlich den Lithium-Festkörper Schwefel (Li - S) Batterie, aber auch in der Lade-Entlade wenn, im wesentlichen S ausüben auch eine positive Funktion (die nicht mit dem Oxidations-Reduktions-beiträgt). mit der Wiederholung des Ladens und Entladens, die Kapazität erhöht. Dichte nahe 10-fachen der Kapazität der S, ist Li-Metall nahe dem theoretischen Wert.
Ultra-Schnellladung, die Ausstoßrate der gewöhnlichen
Im Gegensatz zu dem EDLC oder LIC entlädt sich die obige Batterie ungefähr mit der gleichen Rate wie eine typische Lithiumionen-Sekundärbatterie (LIB), obwohl sie sehr schnell geladen ist.Die Entladungscharakteristiken fallen nicht wie ein Kondensator ab, sondern sind ähnlich zu LIB Eine bestimmte Palette von Plattformspannung.Unter diesem Gesichtspunkt ist es leicht, die LIB zu ersetzen.
Aus Anti-Perowskit-Kristall wurde geboren
Diesmal hat Frau Braga den Glas-Festelektrolyten fast unabhängig von Goodenough Labs entwickelt (Abbildung B-2). "Am LosAlamos National Laboratory (LANL) in den USA versuchte sie, den Anti-Perowskit zu bilden Ionenleitende Poren wurden in dem Li 3 ClO-Kristall hergestellt, und nach einer langen Periode wiederholter Tests wurden schließlich Kristalle der Hydroxidphase erhalten (Ms. Braga).
Danach kehrte Braga nach Portugal zurück. "Portugals Feuchtigkeit ist viel höher als die von LANL, und der Kristall der Hydroxidphase ist sehr leicht zu bekommen, oder die Feuchtigkeit ist bei höheren Werten besser, mit der Annahme, dass sie über 130 ° C ist Von der Temperatur, die Feuchtigkeit etwas höher als die Umwelt versuchen, neu zu erstellen, das Ergebnis wurde dehydriert besser als das Hydroxid-Material.Versuchen Sie, Materialien in diesem Material hinzufügen, um Hohlräume zu schaffen, das Ergebnis ist ein Glas zu finden Die Übertragung von sehr niedrigen Temperaturen Tg Material, das ist jetzt das Glasmaterial. "(Frau Braga)
Danach wiederholte sie die theoretische Analyse einschließlich der Berechnungen der ersten Prinzipien und der experimentellen Materialien einschließlich Synchrotronstrahlung und Neutronenbestrahlung und kam zu dem Schluss, dass bei Werten wie der Ionenleitfähigkeit kein Fehler vorliegt, der Großteil der Kapazität kommt von der Polarisation und dergleichen Fazit.
Frau Braga wies darauf hin, dass die Li-Ionen-Leitfähigkeit dieses Glaselektrolyten stark von der Menge an Feuchtigkeit und OH-Gehalt im Material abhängt. Je weniger OH- usw., desto höher ist die Li-Ionen-Leitfähigkeit, sagte Braga Das Hydroxidphasenmaterial wird in den Vliesstoff als Vorläufermaterial imprägniert, in absolutes Ethanol oder dergleichen eingetaucht und entwässert und dehydriert.
Kann Massenproduktion realisiert werden?
Eine japanische Firma, ein Labor und Goodenough hat Austausch von Batterie Forscher darüber wissen behauptet. Wenn einmal die praktische Anwendung, ob die Gesellschaft als Ganzes auswirken wird ‚wie Glas Elektrolyt Volumenproduktion?‘ Die Wissenschaftler wiesen darauf hin, dass ‚sehr dehydriert wichtig, da dieses Material nicht wasserdicht ist. Unter der Annahme, alle Analyseergebnisse mit dem Forschungsteam, ist Frau Braga richtig, aber auch das muss noch die Massenproduktion der Zeit sein. "
