Li Atomgewicht von 3, geringem Gewicht macht es als Träger von chemischer Batterie sehr geeignet, die Energiedichte der Batterie erheblich verbessern kann, hat der aktuelle Gewicht Energiedichte Lithium-Ionen-Akku 250Wh / kg oder mehr beträgt, erreicht und ist in Richtung 300Wh / kg Ziel Vorspulen, hat mehr als die Energie 300Wh / kg erreicht viele Batteriehersteller haben ihre eigenen Energiezelle erklärt.
Wenn wir eine wenig Aufmerksamkeit auf das Periodensystem sind wir sehen können, gibt es über Li ein leichteres Element -H Elemente. H die Art der leichtesten Elemente, sondern auch das gesamte Universum ist das am weitesten verbreitete Elemente (ohne Berücksichtigung H-Isotope). H-Kern von nur einen der äußeren Elementen proton Kerne eine elektronische Drehung um den Kern, wenn die H-Atome Elektronen verlieren, nachdem eine positive Ladung eines Protons ausgesetzt worden ist, nur das Gewicht des Li + 1/7, kann gesagt werden, ein nahezu perfekten Träger von chemischen Batterien sein.
Es besteht jedoch eine Wasserstoffion Batterieanwendungen --h unüberwindliches Hindernis Element in der Regel in Form von H2-Gas vorhanden ist, im Gegensatz zu Li Elemente in Form von festem Metall, Steigerung somit stark die Schwierigkeit der Speicherelemente H (wenn wir in der Lage sind, vorzubereiten Metall-Wasserstoff, wahrscheinlich während der gesamten Lagerindustrie unterminiert werden würde), um einen gemeinsamen Träger für die H + elektrochemische Zelle zu präsentieren ist hauptsächlich eine Wasserstoff-Brennstoffzelle, H oder H2 Elemente sind außerhalb der Batterie in der Form gespeichert, aus einem Metall mit einem wasserstoffabsorbierenden Legierung, gebildet aus der Verlust von Elektronen in H +, O2 in der Luft. wenn H2 auf die poröse Anode in der Brennstoffzelle eingegeben verwenden, um Elektronen in der porösen Kathode und den Elektrolyten von H + erhalten zu Wasser. kürzlich, Australien Royal Melbourne Institute of Technology Shahin das Wasserstoffspeichermaterial Heidari in Kombination mit einer Brennstoffzelle, der fähig ist eine Lade ‚proton‘ Batterie zu entwickeln. poröse Kohlenstoffelektrode aus einem Phenolharz und Polytetrafluorethylen fähig 1 Gew% H hergestellt und wieder an dem Entladevorgang freigegeben 0,8% H, weisen eine hohe Wasserstoffspeicherkapazität und Reversibilität.
Proton-Batterie ist eine Kombination aus Brennstoffzelle und eine Speicherbatterie der Vorteile der Hybridenergiespeicherbatterie, bei der Aufladung, H2O zu H und O elektrolysiert wird, H einen Perfluorsulfonsäure-Membran passiert mit dem Wasserstoff-Speichermaterial-Bindungs Um die Erzeugung von H2 zu vermeiden, verliert H, das im Entladungsprozess gespeichert wird, ein Elektron, um H + in die Lösung zu bringen (wie unten gezeigt) .Eine Protonenbatterie wurde zuerst von Andrews und Seif Mohanmmadi an Ni, Co. vorgeschlagen. Legierungen von La und Wismut werden als Wasserstoffspeichermaterialien verwendet und müssen fließendes Wasser verwenden, um eine ausreichende H-Quelle bereitzustellen, daher wird sie auch als "Protonenflussbatterie" bezeichnet.
‚Protonen‘ early Wirkungsgrad der Batterie niedrig ist, wenn das Wasserstoffabsorptionsmetall fähig Ladung von 0,6 Gewichts% H speichern, aber in dem Prozess der Entladung kann nur 0,01 Gewichts% emittiert werden, vor allem weil das Metallelement zwischen H Die Stärke der chemischen Bindung ist zu groß, was zur Folge hat, dass die Speicherung von H nicht wieder freigegeben werden kann.Aufgrund der Anwesenheit von Ni-Atom-Katalyse, die zu dem Ladungsvorgang führt, wird zusätzlich zu H ein beträchtlicher Teil von H in der Legierung gespeichert werden H2, was die Effizienz der Batterie Coulomb zu niedrig ist, zusätzlich zu dem Wasserstoffspeicherlegierung, die hohen Preise auch die Förderung und Anwendung begrenzen. 2002 Jurewicz et al fanden heraus, dass die Aktivkohle elektrochemische Wasserstoffspeicherkapazität (bis zu 1,8 Gewichts%) Zur Lösung des "Protonenflusses" bietet die Wasserstoffspeicherproblematik der Batterie eine neue Idee (die folgende Tabelle für einige Wasserstoffspeicherkapazität von Kohlenstoffmaterialien, Wasserstoffspeicherkapazität).
Neben den obigen Ideen, Shahin Heidari von Andrews und Seif Mohanmmadi vorgeschlagenen verbesserten Zell Design ‚Protonen‘, anstelle einer porösen Kohlenstoffelektrode Wasserstoff der Verwendung von absorbierenden Legierung, und der starke Säurelösung auf der Basis der Perfluorsulfonsäure als Protonen auf dem Festelektrolyten zu erhöhen, Der Leiter, der die Leistung der Protonenbatterie deutlich verbessert, ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
In der von Shahin Heidari entworfenen Batterie wurden zwei Arten von negativen Wasserstoffspeicherelektroden verwendet, bei denen der Gehalt an PTFE 10 Gew .-% bzw. 30 Gew .-% betrug.Die Konstantstrom-Ladekurve von 80 mA für beide Batterien ist in der folgenden Abbildung gezeigt: 30 Gew .-% PTFE Die anfängliche Ladespannung der Batterie beträgt 0,95 V. Nach 1700 Sekunden erreicht sie 1,85 V. Die Anfangsspannung der 10% igen PTFE-Batterie beträgt 1,05 V. Nach 2000 Sekunden erreicht sie 1,85 V. Bevor die Spannung 1,85 V erreicht, erzeugt die negative Elektrode H2. Das Phänomen ist nicht offensichtlich, aber die Geschwindigkeit, mit der die Anode H2 nach 1,85 V erzeugt, steigt stark an. An diesem Punkt können wir auch viele kleine Fluktuationen in der Spannungskurve sehen, hauptsächlich weil sich die H 2 -Blasen auf der Oberfläche der Elektrode bilden ( Wenn die H2-Blase die Oberfläche der Elektrode bedeckt, beginnt die Spannung zu steigen.Wenn die H2-Blase austritt, fällt die Spannung ab und die Rate von H2 erreicht schließlich etwa das Doppelte von O2, was bedeutet, dass H zu diesem Zeitpunkt nicht vollständig in der porösen Elektrode gespeichert werden kann. Der Prozess endet auch hier.
Nachdem die "Protonen" -Batterie vollständig geladen war, wurde der Entladungstest nach Stehenlassen für 30 Minuten durchgeführt.Um das in der porösen Elektrode vorhandene H vollständig freizusetzen, formulierte Shahin Heidari zwei Batterietypen mit einem PTFE-Gehalt von 30 Gew .-% und 10 Gew .-%. Ein Stufenstromentladesystem (siehe unten) wurde verwendet, um die Polarisation zu verringern.Experimente haben gezeigt, dass die Elektrode mit 10% PTFE die beste Leistung aufweist, während des Ladens 1 Gew .-% H speichern kann und während der Entladung freigesetztwerden kann. 0,8 Gew .-%, zeigten eine gute Reversibilität.
Aus der obigen Einleitung können wir leicht erkennen, dass die sogenannte "Protonen" -Batterie tatsächlich ein Produkt ist, das die Brennstoffzelle und das Wasserstoffspeichermaterial kombiniert. Das während des Ladevorgangs erzeugte H wird in dem Wasserstoffspeichermaterial gespeichert. O2 tritt in die Luft ein und der Entladevorgang entspricht vollständig dem Modus der Brennstoffzelle.Obwohl dies ein sehr gutes Designkonzept ist, ist die "Protonen" -Batterie unter den derzeitigen technischen Bedingungen weit von der Lithium-Ionen-Batterie in der Leistung entfernt. Große Lücken, wie die Volumenenergiedichte, Protonenbatterie ist nur etwa 100Wh / L, und die aktuelle Lithium-Ionen-Batterie Volumenenergiedichte bis zu 600Wh / L, zusätzlich zu der "Protonen" -Batterielade Effizienz ist auch sehr bezweifelt Xiaobian, Während des Ladevorgangs wird eine große Menge an H2 erzeugt.Diese H2 wird schließlich die Elektrode verlassen und wird nicht in der Elektrode gespeichert.Dies führt zu einer sehr niedrigen Coulomb-Effizienz der "Protonen" -Batterie.Im Allgemeinen der "Protonen" -Batterie Die Idee ist sehr gut, das H-Element hat eine breite Palette von Quellen und niedrige Preise, aber vom heutigen Stand der Technik an braucht die "Protonenbatterie" noch einen langen Weg. Nur das obige Problem ist wirklich gelöst, das "Proton". Es ist nur möglich, dass Batterien den Status von Lithium-Ionen-Batterien in Frage stellen.
