Parte frontal del enlace: el impacto de la batería de estado sólido práctico: un nuevo debut de jugador para resolver los puntos ciegos existentes en vehículos eléctricos
El foco de desarrollo de la batería de estado sólido se desplazó a la producción de baterías y la elección de los materiales adecuados (2)
La aparición de nuevas tecnologías a menudo conduce a mejoras en la tecnología de punta, que es una ocurrencia frecuente de baterías secundarias de iones de litio líquidas que anteriormente se consideraban incapaces de acortar aún más el tiempo de carga y recientemente han logrado mejoras significativas en la densidad de potencia. Varias características también están mejorando y es probable que compitan con baterías de estado sólido en el mercado en el futuro, pero se dice que es más que una mera competencia tecnológica, pero también proporciona pistas sobre mejoras futuras en el rendimiento de la batería de estado sólido.
En la batería secundaria de iones de litio líquido existente, el desarrollo de tecnologías relacionadas para realizar cargas ultrarápidas recientemente ha sido muy activo, y los fabricantes de EV no han podido utilizar la carga ultrarrápida al mejorar la tecnología existente. El riesgo de una nueva tecnología desconocida. El surgimiento de una 'tecnología competitiva' afectará el futuro de todas las baterías de estado sólido.
Este número llamado 'Competitive' es a ser desarrollado por Toshiba 'próximo SCiB' (Fig. 1) SCIB por una batería de litio de iones secundarios electrodo negativo de la batería, Li está utilizando una relativamente mayor potencial de titanato de litio (Li4Ti5O12 .: la LTO), de manera que la vida de ciclo de carga-descarga y seguridad se han mejorado de manera significativa. Desde el alto potencial eléctrico de litio metal depositado sobre el electrodo negativo, lo que no hay problema causado por un cortocircuito debido a Li dendrita. esta celda está montado en Honda el 'Fit EV' sucesivamente.
Figura 1: Toshiba I + D de seguridad, larga vida y seis minutos para completar la carga de la batería SCIB, a, b son gráficos que muestran las características de las baterías de próxima generación que SCiB forma del producto es menor que el lado largo de la 20 cm de la batería, la capacidad de 49Ah hasta 6 minutos. hasta el 90% de la carga ultra rápida sin calentamiento a una temperatura baja de -10 ℃ todavía se aplica en 12 minutos a 90%. 5000 también confirmó que los ciclos de carga-descarga 90% de la capacidad se puede mantener después de 25.000 ciclos de espera La capacidad aún puede mantener alrededor del 80%. (Fotos e imágenes de Toshiba)
Por otro lado, la diferencia de potencial con el electrodo positivo es pequeña debido al alto voltaje del electrodo negativo, lo que resulta en baja tensión de descarga y baja densidad de energía, mientras que otras baterías de vehículos eléctricos aumentan la densidad de energía al usar grafito o silicio de bajo potencial como electrodo negativo. SCiB hace que el mercado baje.
6 minutos para lograr un 90% de carga
Los productos SCiB de próxima generación de Toshiba presentan un rendimiento significativamente mejorado, logrando 2,5 veces la densidad de entrada de los productos existentes, mientras que la densidad de energía volumétrica aumenta a 350Wh / L, hasta 2 veces la SCiB existente.
Un aumento sustancial en la densidad es el resultado de la entrada, a 25 ° C.] C alcanzó velocidad de descarga 1OC, es decir, 6 minutos para conseguir el 90% de la carga (Fig. 1 (b)). Incluso a una temperatura baja de -10 ℃ puede lograrse sin 5C calefacción 90% de carga. "Si la potencia de salida del cargador de 350kW ya instalados comenzó en Alemania, es sólo para lograr 10C carga'.
La densidad de energía volumétrica de una nueva generación de productos también es más alta que la mayoría de las baterías secundarias de iones de litio, Toshiba espera restaurar la desventaja anterior. Sin embargo, la extensión actual está lejos del millaje de kilometraje del vehículo eléctrico actual para lograr un salto cualitativo. Si Toshiba pudiera cargarlo durante 6 minutos, el kilometraje de una sola carga no sería tan importante. "Si configura un dispositivo de carga ultrarrápida cada 200 kilómetros en la carretera, puede resolver el problema de la distancia".
7 años para completar la producción negativa
Una razón para lo anterior Toshiba lograr la mejora del rendimiento, con TiNb2O7 (TNO) reemplazar el material del ánodo original de SCiB la LTO (Tabla 1), la mayor diferencia es la adición de niobio (Nb). En consecuencia, el portador electrónico / recepción obtenida un aumento de tres veces en el número, seguido por la densidad de material aumenta casi 3 también funciona, TNO teórico densidad capacidad de volumen de hasta tres veces la LTO, el grafito es el doble de la otra parte, la tensión de LTO TNO es sustancialmente el mismo, así que básicamente puede continuar LTO ventajas en términos de fiabilidad de la batería. Nota 1)
Nota 1) La nueva generación de baterías mejora aún más la vida de descarga de carga a largo plazo del SCiB. "Hasta el 90% de la capacidad se ha confirmado después de 5000 ciclos de carga y descarga, y se espera que la capacidad permanezca alrededor del 80% después de 25,000 ciclos . "Asumiendo 70 años de vida útil incluso con un ciclo de carga y descarga por día, es muy probable que se resuelva el problema más grande en el mercado EV existente (el problema de la reducción drástica de la capacidad en el mercado de automóviles usados).
Tabla 1 La adición de Nb a un LTO negativo de bajo voltaje logra una densidad de capacidad volumétrica tres veces existente.
Razón fabricantes e institutos de investigación diferentes en el concurso para desarrollar una nueva generación de baterías, TNO que no ha sido utilizado, 'a pesar de que una alta densidad de la capacidad teórica del TNO, pero una mala conductividad de este material, resultando en una alta cristalinidad y litio diferencia conductividad iónica 'Toshiba desde alrededor del 2010 comenzó a estudiar el correspondiente desarrollo técnico de los problemas antes mencionados, tomó siete años para finalmente llegar a un nivel práctico. en este proceso, sino también para lograr la carga ultra rápida. Nota 2)
Nota 2: Toshiba planea lanzar una nueva generación de comercial de SCiB SCiB en 2019 a pesar de una nueva generación tiene muchas ventajas en el rendimiento, pero sigue siendo problemático 'alto precio actual de Nb, que no está demasiado preocupado por la causa de los competidores de TNO. 'Sin embargo, el propio recurso de niobio, de hecho, este recurso es más abundante que el plomo (Pb) de los recursos' Sr. Takami dijo: 'causada por los altos precios, principalmente debido a la actual falta de demanda, la minería es muy pequeño, con el aumento de la demanda Con el aumento en la cantidad de minería, el precio bajará rápidamente.
Los materiales electrolíticos se utilizan como auxiliares de conductividad de iones de Li
Toshiba no dio a conocer la tecnología específica para lograr la carga ultra rápida en la próxima generación de SCiB, pero hay una pista de que esta tecnología podría ser ejecutado por la tecnología de cristal óptico Ohara desarrollado. De largo Ohara ha utilizado todo de estado sólido electrolito de la batería en el desarrollo material de vidrio, de vidrio y de cerámica de vidrio cristales finos precipitó 'LICGC' como material en el material a base de óxido, que tiene una alta conductividad iónica LICGC Li y la estabilidad atmosférica. 2017, OHARA propone como un LICGC líquido LICGC aditivo cátodo de batería secundaria de ion litio (Fig. 2) que tiene una conductividad de iones de alta Li del electrodo positivo se convierte en Li material auxiliar conductor iónico.
Figura 2: líquido-sólido electrolito para mejorar la capacidad de la batería y el gráfico de salida de potencia OHARA añadir ejemplo aplicación basada en óxido de un material de electrolito sólido 'LICGC' en una batería de iones de litio líquido bajo circunstancias normales, si las LIB electrodo positivo aumenta a un cierto espesor. después de la capacidad no va a aumentar, la capacidad se puede realizar mediante la adición de LICGC continúan aumentando a medida que el electrodo positivo iones Li incrustados son más fáciles de extrusión. la tasa de carga-descarga más alta, mayor será el efecto de aumento de la capacidad (figura b son fotografías de la compañía OHARA)
De alta permitividad aumenta la conductividad iónica
efecto DETALLADA puede mejorarse aumentando el grosor de la capacidad del electrodo positivo en cierta medida. En particular, la mayor es la relación, mayor es el efecto de aumentar la capacidad de carga-descarga La conductividad iónica de este material en el caso en que una gran cantidad, en línea con el principio de poros de difusión, Sin embargo, si solo una pequeña cantidad de otros materiales agregados a la ocasión no se aplica el principio anterior.
OHARA mejorando la velocidad de descarga, etc. Una de las razones es el material de alta permitividad añadiendo LICGC. 'Las partículas están polarizados cargados negativamente seguirán atrayendo a los iones de litio', medió la agricultura Ministro especial LB-BU negocios División de Productos OHARA Director Ejecutivo Nakashima El Sr. explicó.
Recubrimiento de titanato de bario para mejorar la tasa
Hay más intentos de utilizar un material de alta permitividad como el caso del aditivo conductor iónico, por ejemplo, el fabricante del material de la Universidad Dagangshan Toshima fabricado por un condensador cerámico tal laminado usando el material de titanato de bario (BaTiO3) partículas recubiertas en el electrodo positivo , la alta tasa de carga-descarga se mejora significativamente la capacidad de carga (Fig. 3). se dice que caso ser capaz de funcionar a 50C pila botón de ampliación.
Recubrimiento de la superficie del electrodo positivo en la Fig. 3 en polvo permitividad fuerte, la tasa de carga-descarga de ultra alta velocidad se convierte.
Toshima fabricación de la Universidad de Okayama desarrollado en conjunto con la carga rápida de material RESUMEN cátodo (a, b) por el método sol - gel y dos tipos de la descomposición compuesto organometálico (MOD) para cubrir la superficie de partícula del titanato de LiCoO2 material de electrodo positivo Bario (BaTiO3) hizo botón de celda, encontró que el uso del método MOD para mejorar la tasa de mayor efecto.
Además, se refiere como 'iones de litio batería secundaria de los padres' Sr. John Goodenough desarrollado en otros resultados de laboratorio. Si se agrega Ba al vidrio en sí más que el electrodo positivo en el electrolito, mejorando así la permisividad, por lo que la misma conductividad iónica Las características de velocidad y carga-descarga de un aumento sustancial, pero la carga más completa y la capacidad de descarga aumentan.
'Carga y descarga más a fondo, la capacidad aumenta más' Esto es un condensador de Li-ion de estado sólido es?
A finales de febrero de 2017, vino de noticias en el extranjero impactante, el Sr. John Goodenough, profesor de la Universidad de Texas en Austin, dijo laboratorio de publicación, usando un poco de vidrio electrolito sólido puede lograrse a 25 ℃ bajo Li ión o iones Na conductividad de 10-2S / cm. Además, las baterías de electrolito realizados en unos pocos minutos se pueden cargar. Además, puede funcionar a una temperatura baja de -20 ℃, cargar y capacidad de descarga de 1200 veces sin atenuación.
El electrolito vidrio, un material a base de óxido, es decir, si podemos lograr el mismo nivel de conductividad de iones de sulfuro del material, puede abrir la batería Li aire comercialización temprana de la puerta arriba y artículos publicados, haciendo que los investigadores batería térmica en Japón de reunión, de noviembre de 2017, celebrada '58ª sesión de la batería Simposio', también invitó a la escritura-autor Sra. Maria Helena Braga dio una conferencia Simposio de la batería (Sra. Maria Helena Braga trabajó en la Universidad de Oporto Portugal, profesor asociado). El actual presidente ejecutivo de la Universidad de Kyushu, el profesor Okada, dijo: "Esta presentación es lo más destacado de este seminario de baterías".
Más allá de la comprensión de muchos investigadores
Sin embargo, el discurso de la Sra. Braga no se trata de la alta conductividad de iones que muchos oyentes esperan y su efecto. Desde su discurso, la Sra. Braga mencionó que "lo más importante no es la alta conductividad iónica sino la alta permitividad", y muchos investigadores Dijo "no puedo entender", el contenido del Braga se refiere a los dudosos.
De acuerdo con una entrevista con papeles Sra Braga, discursos en el 'Seminario teléfono' y la revista Nikkei, la Sra Braga desarrolló la tecnología se resumen de la siguiente manera: En primer lugar, un material de vidrio, compuesta por el A2.99Ba0.005O1 + 2x xCl1-, en donde a es Li o Na, por una pequeña cantidad de Ba (bario) se añadió átomos de Li (o Na) átomos, ya que un átomo de Ba puede ser sustituido con 2 Li (o Na) átomo, formando así un gran número de vacantes en el material . de conducción de iones Li través de los agujeros, es decir, un denominado difusión de vacantes. en los últimos datos, conductividad de iones Li es de 2,5 × 10 -2 S / cm. Universidad de Tokio y el material a base de sulfuro de desarrollado como es del mismo nivel Alcance potencial de hasta 9V, muy amplio.
La capacidad de la batería alcanza 10 veces la capacidad positiva
Braga y otros usaron este electrolito para prototipar una batería Li-S y estudiaron su capacidad de carga y descarga. Los resultados muestran que la capacidad de descarga es aproximadamente diez veces mayor que la del electrodo positivo azufre (S), que no puede ser obtenido por la presente teoría Este fenómeno se explica, sin embargo, y la capacidad de carga-descarga no disminuye o la dendrita se degenera a medida que aumenta el número de ciclos, y después de más de 10 meses y más de 15,000 ciclos, la capacidad continúa aumentando.
De hecho, acerca de la batería Li-S, la carga y descarga de capacidad superior a la capacidad de S, o la carga y descarga más profunda, más capacidad se incrementa y por lo tanto el fenómeno, otras agencias también llevó a cabo la investigación. Por ejemplo, el Instituto de Investigación de Samsung de Japón, Tokyo Institute of Technology Kanno Instituto y otros órganos también se han reportado aunque no se entiende completamente, pero hay dos supuestos: (1) juegan un papel en el electrolito como material activo, (2) reacción interfaz de electrodo y electrolito a lo sucedido.
Braga et al análisis independiente concluyó que el punto diferente antes mencionado de vista: 'S batería preparadas no debe funcionar como el electrodo positivo, Li deposita sobre el electrodo positivo a partir de un material de carbono ayuda conductividad en la mayoría de batería de gran capacidad, son. . clasificación producido por un electrolito formado por una alta permitividad 'que es, porque la capacidad se incrementa permitividad y epsilon; valor lentamente con polarización alineado en los aumentos de los electrolitos, y exactamente en línea con la carga del condensador Q = CV = y epsilon; S / d (Q: carga, C: capacidad electrostática, S: área, d: distancia entre los electrodos) '(Ms Braga).
Vista de lo anterior, la Sra Braga señaló similitudes a un juicio batería convencional 'condensador de doble capa (un EDLC)' dispositivo de almacenamiento. Sin embargo, un electrodos EDLC son del tipo de dos materiales de la batería de carbono simétrico, mientras que el otro en un aspecto, el prototipo de un electrodo de batería de Li, y pertenece a asimétrica. en este sentido, la nueva célula puede ser un material sólido empleado como el condensador de ion Li electrolito 'LIC-sólido todo' (LIC) .
La figura mixta B Li-S de la batería y un condensador eléctrico de doble capa
Basándose en el discurso y la entrevista de la Sra. Braga, describió el dispositivo de almacenamiento de energía desarrollado por la Sra. Braga y el Sr. Goodenough en la Universidad de Texas en Austin. Aunque la estructura del dispositivo es similar a la batería de litio y azufre (Li - S) , S tampoco funciona como un electrodo positivo (no contribuye a redox). Con la repetición de carga y descarga, la capacidad aumenta. La densidad de capacidad es cercana a 10 veces S, que es cercana al valor teórico de Li metal.
Carga ultrarrápida, la tasa de descarga de ordinario
EDLC LIC o diferentes y, aunque la carga de la batería muy rápido, pero la velocidad de descarga de iones de litio en general batería secundaria (LIB) es sustancialmente las mismas características de descarga como un condensador no es tan recto hacia abajo, pero es similar a la LIB como meseta de tensión dentro de un cierto rango. desde esta perspectiva, es fácil de reemplazar la LIB.
Desde el nacimiento del cristal anti-perovskita
La Sra Braga no cooperó con el laboratorio de Goodenough, casi desarrollado de manera independiente el cristal de electrolito sólido (Figura B-2). 'En el Laboratorio Nacional Institute LosAlamos Estados Unidos (LANL), trató de contrarrestar-perovskita estructura vacíos 'Li3ClO' crean cristales conductores de iones. pruebas después de largo repetidas, y finalmente consiguieron hidróxido a (fase hidróxido) cristales (MS Braga).
Después de eso, Braga regresó a Portugal. "La humedad de Portugal es mucho más alta que la de LANL, y el cristal de la fase de hidróxido es muy fácil de obtener, o la humedad puede ser mejor en niveles más altos, suponiendo que supera los 130 ° C De la temperatura, la humedad ligeramente más alta que el ambiente trata de recrear, el resultado fue deshidratado mejor que el material de hidróxido. Intento de agregar materiales en este material para crear vacíos, el resultado es encontrar un vaso La transferencia de material de Tg a muy baja temperatura, que ahora es el material de vidrio. '(Sra. Braga)
Después de entonces, se repite, incluyendo de primeros principios cálculos y teorías incluyen experimentos de radiación de sincrotrón y de irradiación de neutrones, incluyendo análisis de materiales, el valor de la conductividad iónica como no hay errores, la mayoría de la capacidad es de polarización, etc. Conclusion
Sra Braga señaló que Li conductividad iónica del electrolito de vidrio depende en gran medida del contenido de agua y el material contenido OH-. OH-, etc. Se dice que la menor cuanto mayor es la conductividad de iones Li. Ms Braga que se puede utilizar El material de la fase de hidróxido se impregna en la tela no tejida como un material precursor, se sumerge en etanol absoluto o similar, y se deshidrata y deshidrogena.
¿Se puede realizar la producción en masa?
Un investigador de una compañía celular de una compañía japonesa que ha estado interactuando con Goodenough Labs afirma saberlo, y si una vez es práctico, ¿afectará a la sociedad en general? ¿Cómo es la producción de electrolitos de vidrio? "Los investigadores notaron que" Es importante porque el material no es resistente al agua, y suponiendo que los resultados de la investigación del equipo de Braga y los resultados analíticos son todos correctos, llevará tiempo producirlos en masa.
