Vor kurzem ein wichtiger Forschungs Fortschritt stark elektrochemische Energiespeicherfeld inspiriert. Ein von der University of Illinois in Chicago (University of Illinois in Chicago, UIC), Argonne National Laboratory (Argonne National Laboratory) und die California State University Nord Ein gemeinsames wissenschaftliches Forschungsteam an der California State University (Northridge) veröffentlichte einen Artikel in der Zeitschrift Nature--
Es machte kann ein Erfolg mehr als 700-mal in der Luftatmosphäre Lithium-Luft-Batterien, Lithium-Luft-Batterien ähnlich recycelt werden, bevor nur mit reinem Sauerstoff, und den kurzen Lebenszyklus von Einschränkungen zu brechen, damit die Menschen sehen dies eine sehr hohe theoretische Energie hat Die Density-Batterie ersetzt das vorhandene Lithium-Ion, wodurch das Potenzial des Flaschenhalses für Elektrofahrzeugangebote aufgehoben wird.
Was ist die Lithium-Luft-Batterie? Lithium-Luft-Batterien und Lithium-Ionen-Batterien Was ist der Unterschied? Warum dieser Durchbruchs Lithium-Luft-Batterie sehr wichtig ist? Dies ist die erste von der Lithium-Ionen-Batterie Energiedichte ist nicht hoch Warum reden.
Lithium-Ionen-Batterien sind bei weitem der erfolgreichste der wiederaufladbaren Batterie. Es „Lithium-Ionen-Batterie“ genannt wird, weil in der Batterie, ob geladen oder entladen, sind Lithium-Ionen (Li +) Hin und her zwischen den beiden Elektroden davon ‚eingebettet‘, ein aktuelles Lithium-Ionen erreichen die Elektrodenoberfläche Notwendigkeit zu bilden, und es ist notwendig ‚Deinterkalieren‘ zu verlassen gut, um sicherzustellen, ‚Embedded - Desinterkalation‘. Reaktion, die Anode der Batterie Lithium-Ionen ist in der Regel Graphit und die Kathode ist in der Regel aus einer Verbindung von Lithium, z. B. zur Zeit zu den beliebtesten in der Kathode ‚drei Yuan Lithium„-Batterien, zusätzlich zu den Lithium-Elementen, aber auch Nickel, Kobalt, Mangan drei Metalle Elemente, die zusammen eine Verbindung aus Nickel-Kobalt-Mangan-Manganat (LiNi 0.3Co 0.3Mn 0.3O2), und Nickel, Kobalt und Mangan sind viel schwerer als Lithium.
Somit wird eine Lithium-Ionen-Batterie, obwohl nur eine relative Atommasse Ladung nur Lithiumionen. 3 (a relative Atommasse von einer Atommasse von einem Kohlenstoff zwölfte) kann 1 Einheit trägt, hat aber eine Kathode eine Lithiumverbindung der Notwendigkeit darstellt erfordert viel schwerer als Nickel, Kobalt, Mangan, Eisen, Phosphor, Kohlenstoffatomen gehen ‚Lagerung‘ ein Lithiumion ist. um dies zu dem Gerät in einer positiven Ladung führt, wird es nur in der Kathode 1 vorgesehenen eine relative Molekülmasse von 100 kann nach oben nicht immer zu ‚Riesen‘ plus das Gewicht der Anode und anderen Materialien und Strukturen, eine Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien nahe sein. aus diesem Grunde, eine halbe Tonne trägt Lithium-Ionen-Batterie weit weniger als der einzige Grund für die Zugabe von Dutzenden von Litern Benzin gewöhnlichen Autos Elektro-Auto, sind Kilometer.
Fig Shu in einer Lithium-Ionen-Batterie, um stabil zu ‚Gehäuse‘ trägt eine Lithium-Ionen-Ladung (graue Kugel in der Zeichnung), eine große Anzahl von anderen Strukturen Beteiligung, wie zum Beispiel einer Lithiumverbindung (blau, rot dreidimensionale Struktur) und Graphit ( rote Schichtstruktur), relative Atommasse dieser Elemente sind viel größer als die Lithium-, in der Energiedichte der Lithium-Ionen-Batterie resultiert, wird immer begrenzt. in einer idealen Lithium-Luft-Batterien, wobei all diese Elemente nicht notwendig, nur Lithiummetall und Sauerstoff aus der Luft kann!
Die Lithium-Luft-Batterie unterscheidet. Lithium und Lithium-Ionen-Batterien verschiedene Verbindungen und Graphit-Elektrode, eine Lithium-Luft-Batterie verwendet werden kann, direkt elementares Metall Lithium tun müssen (Li) und Sauerstoff in der Luft (O 2) Als Elektrode. Im besten Fall wird die Batterie entladen ist, Lithiumperoxid aus Sauerstoff elementaren Lithiumoxid (Li erzeugten 2O2), Einen Strom in der externen Schaltung zu erzeugen; dann in das wiederaufladbare Lithium-Peroxid und Sauerstoff Lithium abgebaut, wenn der gesamte Prozess ohne große Masse anderer Elemente beteiligt ist, und die Kathode direkt Luft oder sogar vernachlässigbare Gewicht und die Kosten des Ausschlusses werden können.!
Daher können Lithium-Luft-Batterien viel höhere Energiedichten als Lithium-Ionen-Batterien erreichen Da es sich bei Lithium um das leichteste Metallelement im Periodensystem handelt, kommt Sauerstoff aus der Luft und Lithium-Luft-Batterien haben Elektrizität. Die höchste theoretische Energiedichte in chemischen Batterien - mit anderen Worten, die Masse von Lithium-Luft-Batterien kann mehr Energie speichern und freisetzen als alle anderen elektrochemischen Energiespeichermedien.
Die nicht-flüssige Lithium-Luft-Batterie hat eine theoretische Energiedichte von 12 kWh / kg, was dem 5- bis 10-fachen der vorhandenen Lithium-Ionen-Batterien entspricht und mit etwa 13 kWh / kg Benzin vergleichbar ist. Elektrofahrzeuge haben auch die gleiche Reichweite wie Benzinfahrzeuge, die den Engpass der Reichweite aufgrund der niedrigen Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien, die für die zukünftige Entwicklung sauberer Energie von großer Bedeutung ist, vollständig durchbrechen werden.
Dies sind jedoch alles theoretische Analysen, und es ist keine leichte Aufgabe, eine solche ideale Situation zu erreichen.
Bisher sind Lithium-Luft-Batterien, die Luft als Kathode verwenden, auf reinen Sauerstoff angewiesen, da neben Sauerstoff, Stickstoff in der Luft, Kohlendioxid und Wasserdampf alle an der Reaktion beteiligt sind, was diesen Prozess extrem inkompetent macht. Komplex: Die Oxidation des anodischen Lithiums und die Reaktion der Lithiumionen der Kathode mit dem Kohlendioxid und dem Wasserdampf in der Luft erzeugen unerwünschte Nebenprodukte.
Aufgrund der Elektrode sind andere chemische Reaktionen am Elektrolyten und die chemischen Eigenschaften von Lithium und Sauerstoff aktiver, die Lebensdauer von Lithium-Luft-Batterien ist ebenfalls sehr kurz, außerdem erfordert die reine Sauerstoffumgebung, dass die Lithiumluft bei ihrer Verwendung mit Sauerstoffspeicher ausgestattet sein muss. Zum Beispiel eine große Sauerstoffflasche, die es ermöglicht, die hohe Energiedichte von Lithium-Luft-Batterien direkt durch große und schwere Sauerstoffspeicher zu amortisieren, und die Kapazität der Batterie hängt auch von der Kapazität der Sauerstoffflasche ab, was mehr ist, wenn man elektrisch sein möchte Lithium-Luft-Batterien werden in Autos verwendet.Sauerstoffflaschen erhöhen nicht nur das Gewicht, sondern erhöhen auch das Sicherheitsrisiko.
In der Tat kann, wenn nicht aufgrund der obigen Nachteile, eine Lithium-Ionen-Batterie, nicht weit entfernt ist eine komplexe Elektrode aus Lithium-Luft-Batterien als eine Elektrode nicht durch die direkte Verwendung von einfacher Substanz Lithiummetall in der direkten Sauerstoff erforderliche Luft erhalten wird, einige Wissenschaftler sogar ganz Die Lithium-Luft-Batterie wird "Lithium-Sauerstoff-Batterie" genannt.
Nach vielen Jahren der Entwicklung wurden diese Probleme immer von Lithium-Luft-Batterien getrübt, ganz zu schweigen von der Konkurrenz zu Lithium-Ionen-Batterien, bis zu dieser Zeit an der University of Illinois in Chicago, dem Argonne National Laboratory und der California State University North Der Durchbruch der Ling-Schule hat dieser ausgezeichneten Leistung, die nur in der Theorie existiert, hoffnungsvolle Leuchtkraft verliehen.
Zu lösen Lithium - Luft-Batterie fatale Fehler, ist es notwendig, einen Weg zu finden, die verschiedenen Chemikalien in der Luft enthalten ist, zu verhindern, - Stickstoff, Kohlendioxid, Wasserdampf und anderen Zutaten in diesen Nebenreaktionen haben Nebenreaktionen Elektrode, die Lithiumionen und einen Elektrolyten involvierten Beeinflussung, Produktion unerwünschter Nebenprodukte Die Forscher haben diese Technik mit Computersimulationen (Dichtefunktionalanalyse) und experimentellen Untersuchungen vertieft und schließlich eine Antwort gefunden: Auf Lithium-Metall-Elektroden. Fügen Sie eine Schutzschicht hinzu.
Der Kern dieser Technologie ist, dass sie an der Anode eine Schicht Lithiumcarbonat / Kohlenstoff (LiCO 3/ C) Zusammensetzung einer dichten Schutzschicht.
Der Beschichtungsprozess ist ungewöhnlich einfach: Lithiummetall und Kohlendioxid durchlaufen 10 Zyklen von Ladung und Entladung, und eine chemische Reaktion auf der Oberfläche der Elektrode kann abgeschlossen werden Lithiumcarbonat verhindert den Eintritt anderer Verbindungen als Lithiumionen und schützt dadurch die Anode. Zerstörung anderer Komponenten als Sauerstoff in der Luft In der Atmosphäre reagiert Lithiumcarbonat nicht spontan mit dem Wasserdampf in der Luft, so dass diese Schutzschicht nicht an der chemischen Reaktion der Batterie teilnimmt und dies auch nicht tut Zerstört: Unter dem Schutz der Beschichtung ist die Lithium-Retentionsrate eines einzelnen Zyklus so hoch wie 99,97%, was viel besser als die Lithium-Luft-Batterie ohne Beschichtung ist.
Abbildung 丨 dichte Anodenschutzschicht (Maßstabsbalken: Die grüne Linie in der Abbildung ist 1 μm lang)
Die Figur durchläuft Li
2CO
3 Beschichtete Sauerstoffmoleküle
Um die Leistung dieser Batterie zu testen, verwendeten die Forscher Molybdändisulfid (MoS), das zuvor von anderen Studien berichtet wurde. 2Die Nanoschichten wurden als Kathoden verwendet und verwendeten 1-Ethyl-3-methylimidazoliumtetrafluoroborat (EMIM-BF4) und Dimethylsulfoxid (DMSO). Die Zusammensetzung der Mischung als Elektrolyt Während die Anode, die Kathode und der Elektrolyt zusammen arbeiteten, wurde die Lithium-Luft-Batterie in eine simulierte Luftumgebung gebracht - 79% Stickstoff, 21% Sauerstoff, 500 ppm Kohlendioxid und 45% relativ. Luftfeuchtigkeit, Temperatur 25 ° C
Nach 700 Zyklen des Ladens und Entladens zeigte die Lithium-Luft-Batterie keinen Ausfall, was die Erwartungen vieler Menschen übertrifft und sogar die Lebensdauer einiger älterer kommerzieller Batterien (wie Blei-Säure-Batterien) erreicht.
Das Forscherteam kam daher zu dem Schluss, dass "geschützte Lithiumanoden, Elektrolytmischungen und Hochleistungsluftkathoden, die unter simulierten Luftbedingungen zusammenarbeiten, die Anzahl der Zyklen in Lithium-Luft-Batterien effektiv erhöhen können."
Zur gleichen Zeit führen Argonne National Laboratories Computersimulationen dieser Batteriereaktion durch, um den Reaktionsmechanismus weiter zu verstehen, um so die Leistung der Batterie in der Zukunft zu verbessern und theoretische Unterstützung für mögliche zukünftige Kommerzialisierung bereitzustellen.
Es sollte darauf hingewiesen werden, dass diese Studie, obwohl sie weit von kommerziellen Anwendungen entfernt ist und ihre Energiedichte nicht weit vom Optimum entfernt ist, zweifellos ein großer Fortschritt bei der Entwicklung von Lithium-Luft-Batterien ist.
Die Ergebnisse dieser Forschung zeigen, dass Lithium-Luft-Batterien in der Tat andere Gase vor Interferenzen schützen, Sauerstoff aus luftähnlichen Atmosphären direkt aufnehmen, die Abhängigkeit von Sauerstoffspeichern überwinden und eine lange Lebensdauer haben. Forscher und Industrie Vertrauen in die zukünftige Entwicklung dieser revolutionären Batterietechnologie:
Da die wichtigsten Probleme klare Lösungen haben, ist der Rest möglicherweise gar nicht tödlich! Es kann nicht lange dauern, bis Forscher Energiedichten erzeugen können, die viel höher sind als bei bestehenden Lithium-Ionen-Batterietechnologien. Neue Batterien, und das wird zweifellos die bestehende Energielandschaft komplett verändern.
