링크의 앞 : 실용적인 고체 배터리의 영향 - 전기 자동차의 기존 사각 지대를 해결하기위한 새로운 플레이어 데뷔
솔리드 스테이트 배터리 개발 포커스는 배터리 생산으로 옮겨졌고 적절한 재료 선택 (2)
더 충전 시간 액상 리튬 이온 이차 전지를 단축하지 않는 것으로 간주되기 전에 새로운 기술의 출현은 기존 기술의 지속적인 개선을 유도하는 경향이 종종 발생 최근 전력 밀도도 크게 개선되어, 다른 많은 기능들이 또한 발전하고 있으며 앞으로 시장에있는 모든 고체 배터리와 경쟁 할 가능성이 있지만, 단순한 기술적 인 경쟁이 아니라 모든 고체 배터리 성능 향상에 대한 단서를 제공합니다.
기존의 액체 리튬 이온 2 차 전지의 경우, 최근 초고속 충전을 실현하기위한 관련 기술의 개발이 활발하게 진행되어 왔으며, EV 기술자들은 기존 기술을 개선하여 초고속 충전을 사용할 수 없었습니다 알려지지 않은 새로운 기술의 위험성 : '경쟁 기술'의 출현은 모든 고체 배터리의 미래에 영향을 미칠 것입니다.
"경쟁적인"이라는 숫자는, 리튬 리튬 티타 네이트는 비교적 높은 전위 (이 Li4Ti5O12를 사용 도시바 다음 SCIB '이차 전지용 음극, 리튬 이온에 의하여 (도. 1) SCIB가 개발되어야한다 : 충 방전 사이클 수명과 안전성이 크게 개선되었다되도록 인해 리튬 덴 드라이트에 단락에 의한 문제가 없을 음극 상에 증착 된 금속 리튬의 높은 전위 때문에, 그래서 LTO)는,..이 세포는 혼다에 장착 '적합 EV'.
도 1 : 도시바 R & D 안전성, 장수명 여섯 분 배터리 SCIB의 충전을 완료하기 위해, A, B는 제품 SCIB 형태 6 분까지 배터리 20cm, 49Ah 용량의 장변보다 적은 차세대 전지의 특성을 나타내는 그래프이다. 여전히 90 % 12 분 청구되어 -10 ℃의 낮은 온도에서 가열하지 않고 초고속 전하의 90 %까지. 5000도 25,000 사이클 예상 후의 용량의 충 방전 사이클을 90 %로 유지 될 수 있음을 확인 용량은 여전히 약 80 %를 유지할 수 있습니다 (Toshiba의 사진 및 그림).
반면에, 음극의 고전압으로 인해 양극과의 전위차가 작아 방전 전압이 낮고 에너지 밀도가 낮아지는 반면, 다른 전기 자동차 배터리는 음극으로 저 전위 흑연 또는 실리콘을 사용함으로써 에너지 밀도가 증가하고, SCiB는 시장 침체를 만듭니다.
6 분 90 % 충전
Toshiba의 차세대 SCiB 제품은 기존 제품의 2.5 배의 입력 밀도를 달성하면서 성능이 크게 개선되었으며 체적 에너지 밀도는 350Wh / L로 기존 SCiB의 최대 2 배까지 향상되었습니다.
입력 밀도가 상당히 증가하면 25 ° C에서 10C의 방전율이 발생합니다. 즉, 6 분에 90 %의 충전량이 발생합니다 (그림 1 (b)). -10 ° C에서도, 90 % 충전. '독일에 이미 설치된 350kW 충전기를 사용하면 10C입니다.'
차세대 제품의 체적 에너지 밀도도 경쟁사 인 리튬 이온 이차 전지보다 높기 때문에 Toshiba는 이전의 단점을 되 찾을 것을 고대하고있다. 그러나 현재의 정도는 현재의 전기 자동차 주행 거리와는 정반대 다. 도시바가 6 분 동안 요금을 부과 할 수 있다면 단 한 번의 요금으로 마일리지를 적게주는 것이 중요하지 않을 것 "이라며"고속도로에서 200 킬로미터마다 초고속 충전 장치를 설치하면 거리 문제를 해결할 수있다 "고 말했다.
부정적인 생산을 완료하는 데 7 년
일본어 애노드 재료 SCIB LTO (표 1) 교체 도시바 상기 TiNb2O7 (TNO)의 성능 향상을 달성하기위한 한 가지 이유는, 가장 큰 차이는, 니오브의 첨가 (Nb를). 따라서, 수득 된 전기 / 수신 캐리어이며 거의 3도 재료 밀도가 증가 함수이어서 3 배 증가는 세 번 LTO에 TNO 이론적 부피 용량 밀도 위로, 흑연은 LTO TNO 전압이므로, 기본적으로 거의 동일하다 회 한편이며 LTO는 배터리 신뢰성 및 기타 장점을 확장 할 수 있습니다 주 1)
주 1) 새로운 세대의 배터리는 SCiB의 장기 충 방전 수명을 한층 더 향상시킨다. "5,000 회 충전 및 방전 사이클 후에 최대 90 %의 용량이 확인되었으며 용량은 25,000 사이클 후에 약 80 %로 유지 될 것으로 예상된다 "하루에 한 번의 충전 / 방전주기로도 70 년의 유지 보수를 가정하면 기존 EV 시장에서 가장 큰 문제가 해결 될 가능성이 높습니다 (중고차 시장의 급격한 용량 감소 문제).
표 1 저전압 LTO 네거티브에 Nb를 첨가하면 기존 3 배의 용적 용량 밀도가 달성됩니다.
TNO를 사용하지 않는 이유는 TNO는 이론적 인 용량 밀도가 높지만 전도성이 낮고 결정 성이 좋지 않아 리튬 이온 전도도가 낮기 때문입니다 Toshiba는 2010 년부터 해당 주제에 대한 기술 개발을 시작하여 7 년 만에 실질적인 수준에 이르렀고이 과정에서 초고속 충전을 실현했습니다 주 2)
참고 2 : Toshiba는 2019 년에 새로운 세대의 상업용 SCiB를 도입 할 계획입니다. 차세대 SCiB는 많은 성능상의 장점이 있지만 여전히 문제가 있습니다. "Nb의 현재 가격이 높기 때문에 경쟁 업체는 TNO 그러나 니오브 자원 자체는 사실상 납 (Pb) 자원보다 풍부하다. "고 가오 (Gao)는"높은 가격은 주로 현재의 수요 부족, 광산의 양은 수요의 증가와 함께 매우 작다 " 광산의 양이 증가함에 따라 가격은 급격히 떨어질 것입니다.
전해질 재료는 Li 이온 전도 보조제로 사용됩니다.
도시바는 SCIB의 차세대 초고속 충전을 달성하기 위해 특정 기술을 공개하지 않았지만,이 기술은 오하라가 개발 한 광학 유리의 기술에 의해 운영 될 수 있다는 단서가있다. 오하라는 긴 개발에 모든 고체 전지의 전해질을 사용 유리 재료 및 유리에 침전 된 세라믹 유리 'LICGC'산화물 기반 재료에서 LICGC는 높은 이온 전도도와 대기 안정성을 가지고 있으며, 2017 년 초부터 OHARA는 LICGC를 액체로 사용하도록 제안했습니다 리튬 이온 이차 전지의 양극의 첨가제 (도 2) Li 이온 전도도가 높은 LICGC는 양극 재료에서 Li 이온 전도 보조제가된다.
그림 2 : 액체 배터리 용량과 출력을 향상시키기위한 고체 전해질 그림 OHARA 액체 리튬 이온 배터리는 산화물 고체 전해질 물질을 추가했습니다. 정상적인 상황에서 케이스의 'LICGC'적용, LIB 양극이 특정 두께로 증가하면 용량이 증가하지 않을 후 용량 내장형 리튬 이온이 쉽게 돌출되어 양극으로 계속 증가 LICGC를 첨가함으로써 제조 될 수있다. 높은 충 방전 속도, 큰 용량 증가 효과 (도 B를 사진이다을 오하라 사에서)
높은 유전율은 이온 전도도를 증가시킵니다.
DETAILED 효과가 어느 정도 양극 용량의 두께를 증가시킴으로써 개선 될 수있다. 특히, 비율이 높을 경우의 충 방전 용량이 물질의 이온 전도도를 증가시키는 큰 효과 여기서 확산 구멍의 원리와 일치하여 대량, 하지만 행사하는 경우에만 상기 원칙적으로 다른 물질의 소량이 적용되지 않습니다.
오하라는 이유 중 하나는 LICGC을 추가하여 고유 전율 물질 인 등의 방전 속도를 향상시킬 수있다. '음으로 대전 된 편광되는 입자는 리튬 이온을 유치 할 것', 특수 장관 LB-BU 비즈니스 제품 부문 오하라 이사 나카시마 양식은 중재 씨는 설명한다.
티탄산 바륨 피복 배율을 향상
이온 전도성 첨가제의 경우와 같은 고유 전율 재료를 사용하는 것이 더 많은 시도는, 예를 들면, 티탄산 바륨 원료를 사용하는 등의 적층 세라믹 콘덴서가 제조 대학 Dagangshan 토시 물질의 제조는 (인 BaTiO3) 입자는 양극 코팅있다 높은 충전율과 방전율로 인해 충전 용량이 크게 향상되었습니다 (그림 3). 버튼형 배터리 50C 비율의 경우는 여전히 작동 할 수 있다고합니다.
그림 3. 강한 유전율 분말, 충전 및 방전 속도로 초고속으로 코팅 된 양극 전극의 표면.
토시 오카야마 대학 고속 충전 요약 양극 재료와 함께 개발 제조 (a, b) 상기 졸에 의해 - 정극 재료의 LiCoO2 티탄산 입자 표면을 덮도록 겔법 및 유기 금속 분해 (MOD) 두 가지 바륨 (BaTiO3) 버튼 셀을 만들면 MOD 방법을 사용하여 더 큰 효과의 비율을 높일 수 있습니다.
또한, 또 다른 실험 결과 개발 씨 존 굳이 나프 '부모 이온 이차 전지, 리튬'라 함. 바는, 이와 같이 유전율이 향상 유리 자체보다는 전해질 양극에 첨가하도록하면 동일한 이온 전도도 상당한 증가율의 충전 및 방전 - 방전 특성, 그러나 완전 충전 및 방전 용량 증가.
'충 방전이 더 철저하게, 용량이 더 증가'이것은 고체 리튬 이온 커패시터입니까?
2017 년 2 월 말, 우리는 미국 텍사스 오스틴 대학 (University of Texas Austin)의 John Goodenough 연구실이 25 ℃에서 Li 이온 또는 Na 이온 전도도를 얻을 수있는 유리 고체 전해질을 발표했다는 놀라운 소식을 해외에서 들었다. 10-2S / cm 이상. 그리고 위의 전해액으로 배터리를 몇 분 이내에 충전 할 수 있습니다. 또한 저온 -20 ℃에서 정상적으로 작동하고, 충전 및 방전하지 않고 1200 배 용량의 방전이 가능합니다.
유리 전해질, 우리는 재료의 황화 이온 전도도의 동일한 수준을 달성 할 수있는 경우이며, 산화물 계 물질, 당신은 일본에서 열 배터리 연구자의 원인, 리튬 공기 배터리 위의 도어의 조기 상용화 및 발표 논문을 열 수 있습니다 2017년 11월에, 회의 개최 '배터리 심포지엄의 58 번째 세션', 또한 양 마리아 헬레나 브라가 강연 쓰기 저자를 초청 (양 마리아 헬레나 브라가, 포르투갈 포르토, 부교수 대학에서 일했다). 배터리 심포지엄 실제 실행은 큐슈 대학 의장 교수있을 것입니다, 오카다 씨는 다른 사람이 연설 세미나 배터리의 주요 하이라이트는 '존중했다.
많은 연구자의 이해를 넘어
그러나 Braga의 연설은 많은 청취자가 기대하는 높은 이온 전도도와 그 효과에 관한 것이 아니라 그녀의 연설 이후로 "가장 중요한 것은 높은 이온 전도도가 아니라 높은 유전율이다"라고 많은 연구자들이 언급했다. "이해할 수 없다"고 말하는 브라가의 내용은 모호한 말을했다.
다음과 같이 '셀 세미나'와 니케이 잡지에 양 브라 논문, 연설과의 인터뷰에 따르면, 양 브라가 요약되어 기술을 개발 : 첫째, A2.99Ba0.005O1 + xCl1- 배에 의해 구성된 유리 소재, A는 바륨 원자가 2 리 (또는 NA) 원자 따라서, 재료에 공극을 다수 형성하여 교체 할 수 있으므로, 원자 리튬 (또는 NA) 원자를 첨가 바륨 (바륨)의 소량 리튬이나 나트륨,이고 . 관통 구멍 리튬 이온 전도 형, 즉 소위 공공의 확산. 최신 데이터, 리튬 이온 전도도는. 2.5 × 10-2 S / ㎝이다 동경 대학 등 개발 황화물 계 재료가 동일한 수준이며 최대 9V의 매우 넓은 범위.
배터리 용량은 양극 용량의 10 배에 달합니다.
Braga et al.이 전해질을 사용하여 Li-S 배터리를 프로토 타입하고 충 방전 용량을 조사한 결과, 방전 용량은 양극 황 (S)의 약 10 배였으며, 이는 현재의 이론으로는 얻을 수 없다 그러나,이 현상은 설명되고, 사이클 수가 증가함에 따라 충 방전 용량이 감소하거나 덴 드라이트 변성이 일어나지 않으며, 10 개월 이상 및 15,000 사이클 이상 후에 용량은 계속 증가한다.
사실, 다른 기관들도 Li-S 배터리가 S 용량을 초과하는 충 방전 용량을 가지고 있거나 더 충실한 충 방전과 더 큰 용량을 갖는 현상에 대해 연구했다. 예를 들어, 삼성 종합 기술원, 도쿄 공과 대학 칸노 연구소 (Kanno Research Institute) 및 다른 기관들도보고 된 바있다. 완전히 밝혀지지는 않았지만, (1) 활물질로서의 전해질의 역할, (2) 전극과 전해질의 계면에서의 반응 등 두 가지 가설이있다.
브라가 (Braga) 등의 독립적 인 분석은 준비된 전지의 S가 양극으로 작용하지 않고 양극의 전도성 보조 탄소 재료로부터 Li가 석출됨을 암시한다. 즉, 용량 증가 이유는 전해질의 분극이 천천히 정렬됨에 따라 유전율 ε의 값이 증가하고 커패시터의 용량이 Q = CV = Epsilon S / d (Q : 전하, C : 정전 용량, S : 면적, d : 전극 간 거리) '(브라가).
상기 관점 씨 브라 '는 이중층 커패시터 (AN EDLC)'저장 장치는 종래의 배터리 재판 유사성을 지적했다. 그러나, EDLC 전극은 두 개의 대칭 탄소 재료 형 전지는 수있는 반면 다른 하나 개의 측면에서, 리튬의 전지 전극의 원형 및 비대칭 속한다. 이러한 점에서, 새로운 셀은 '모든 고체 LIC'리튬 이온 커패시터 (LIC) 전해질로서 사용되는 고체 물질 일 수있다 .
그림 B Li-S 배터리 및 전기 이중층 커패시터 혼합
리 브라 기반 음성 인터뷰, 축전 장치 오스틴 양 브라 씨 굳이 나프 등 개발 텍사스 대학의 개요, 비록 전 고체 리튬 설퍼 (리튬 - S)와 동일한 장치 구성 배터리 그러나 심지어 충 방전 경우 실질적 또한 충 방전의 반복과 함께. (산화 - 환원에 기여하지 않는) 양 기능을 발휘할 S, 용량이 증가한다.는 S의 10 배 용량에 가까운 밀도가 리튬 금속은 이론 값에 가깝다.
초고속 충전, 일반 방전율
EDLC LIC하거나 상이하고, 매우 빠른 배터리의 충전했으나 방전 속도 일반적인 리튬 이온 이차 전지 (LIB)는 커패시터 등의 똑바로 아닌 실질적으로 동일한 방전 특성이지만, 같은 LIB 같지만 특정 범위의 플랫폼 전압이 점에서 LIB를 쉽게 교체 할 수 있습니다.
안티 - 페 로브 스카이 트 크리스털에서 태어났다.
양 브라가 굳이 나프 연구소에 협조하지 않았다 거의 독립적으로 고체 전해질 유리를 개발 (그림 B-2). '미국 연구소 LosAlamos 국립 연구소 (LANL)에서, 그녀는 구조 페 로브 스카이 트에 대응하기 위해 시도 'Li3ClO'보이드. 후의 긴 반복 시험 이온 전도성 결정을 생성하고, 마지막으로 (수산화 상) 결정 '(MS 브라)에 수산화 얻었다.
그 후 브래지어는 포르투갈로 돌아 왔습니다. "포르투갈의 습도는 LANL의 습도보다 훨씬 높으며 수산화물 단계의 결정은 매우 쉽습니다. 습도는 130 ℃ 이상인 것으로 추측됩니다. 온도보다 약간 높은 습도는 수산화물보다 탈수 된 결과를 재현하려고 시도합니다. 보이드를 생성하기 위해이 물질에 물질을 첨가하려고하면 유리가 발견됩니다 현재 유리 소재 인 매우 낮은 온도의 Tg 소재 이송. '(Braga)
그 후, 제 1 원리 계산 및 싱크로트론 방사 및 중성자 조사를 포함한 실험 재료를 포함한 이론 분석을 반복하여 이온 전도도 값에 오차가 없으며 대부분의 양극화는 양극성 등에서 유래한다고 결론 지었다 결론.
브라가 (Braga)는이 유리 전해질의 Li 이온 전도도는 물질에 함유 된 수분 및 OH-의 양에 크게 의존한다고 지적했다. OH- 등이 적 으면 적을수록 Li 이온 전도도가 높다고 Braga는 말했다 수산화물 상 물질은 전구체 물질로서 부직포에 함침되고, 무수 에탄올 등에 침지되고, 탈수되고 탈수된다.
대량 생산을 실현할 수 있습니까?
일본 기업, 실험실 및 굳이 나프 배터리 연구자의 교환이 그것에 대해 알고 주장했다. 한 번 실제 사용이 있는지 여부는 사회 전체에 영향을 미칠 경우 '어떻게 유리 전해질 대량 생산?'연구진은 매우 탈수 '고 지적하고있다 그 재료가 방수성이 없기 때문에 중요합니다. 팀 브래지어의 팀 연구 결과와 분석 결과가 모두 정확하다고 가정하면 대량 생산에 시간이 걸립니다.
