Recentemente, un importante sviluppo della ricerca ha stimolato enormemente il campo dello stoccaggio di energia elettrochimica: uno presso l'Università dell'Illinois a Chicago (UIC), l'Argonne National Laboratory e la California State University North Un gruppo di ricerca scientifica congiunto alla California State University (Northridge) ha pubblicato un articolo sulla rivista Nature--
Ha fatto un successo può essere riciclato più di 700 volte in atmosfera di aria simili batterie al litio-aria, batterie al litio-aria prima di rompersi utilizzare solo ossigeno puro, e il breve ciclo di vita di restrizioni, lasciare che la gente veda questo ha un'energia molto elevata teorica La batteria di densità sostituisce gli ioni di litio esistenti, rompendo il potenziale del collo di bottiglia sul chilometraggio dei veicoli elettrici.
Qual è la batteria al litio-aria? Batterie agli ioni di aria e le batterie agli ioni di litio Qual è la differenza? Perché batteria al litio-aria di questo passo avanti è molto importante? Questo è il primo dal agli ioni di litio densità di energia della batteria non è elevato Perché parlare.
batterie agli ioni di litio sono di gran lunga il maggior successo della batteria ricaricabile. Si chiama "batteria agli ioni di litio", perché nella batteria, sia caricata o scaricata, sono ioni di litio (Li +) Avanti e indietro tra i due elettrodi per formare uno ione litio corrente raggiunge la superficie dell'elettrodo necessità ne 'incorporato', ed è necessario liberare 'deintercalating' Per assicurare una buona 'Embedded - deintercalazione'. Reazione, l'anodo della batteria agli ioni di litio è di solito grafite e il catodo è generalmente di un composto di litio. ad esempio, attualmente il più popolare nel catodo 'tre yuan litio "batterie, in aggiunta agli elementi di litio, ma anche nichel, cobalto, manganese tre metalli Elementi che costituiscono insieme un composto di manganese al nichel cobalto-manganese (LiNi 0.3co 0.3Mn 0.3O2), e il nichel, il cobalto e il manganese sono molto più pesanti del litio.
Così, una batteria agli ioni di litio, anche se solo una carica massa atomica relativa ioni litio solo. 3 (a massa atomica relativa di una massa atomica di una dodicesima carbonio) può trasportare 1 unità, ma ha un catodo un composto di litio costituente la necessità richiede molto più pesanti di nichel, cobalto, manganese, ferro, fosforo, atomi di carbonio va 'stoccaggio' è uno ione litio. questo si traduce in una carica positiva all'unità, sarà fornito soltanto nel catodo 1 una massa molecolare relativa del 100 può essere vicino al 'gigante' più il peso dell'anodo e altri materiali e strutture, una densità di energia delle batterie agli ioni di litio non sempre salire. ecco perché, una mezza tonnellata trasportano batteria agli ioni di litio Nei veicoli elettrici, la gamma di crociera è molto inferiore alla media di un'auto con poche decine di litri di benzina.
FIG Shu in una batteria agli ioni di litio, per stabilmente 'alloggiamento' porta una carica ioni di litio (pallone grigio nel disegno), un gran numero di altre partecipazione strutture, come ad esempio un composto di litio (blu, rosso struttura tridimensionale) e grafite ( rosso struttura stratificata), relativa massa atomica di questi elementi sono molto più grandi rispetto al litio, con conseguente densità di energia della batteria agli ioni di litio è sempre limitata. in un aria batterie al litio ideali, tutti questi elementi non sarà necessario, solo Latta di litio e ossigeno nell'aria!
La batteria al litio aria è diversa. Batterie al litio e litio-ione devono fare differenti composti e elettrodi di grafite, una batteria al litio-aria possono essere usate direttamente elementare litio metallico (Li) e l'ossigeno nell'aria (O 2) Come un elettrodo. Nel migliore dei casi, la batteria è scarica, perossido di litio generata da ossido ossigeno litio elementare (Li 2O2), Generando una corrente nel circuito esterno, quindi ripartiti nel perossido di litio ricaricabile litio e ossigeno quando l'intero processo senza una grande massa di altri elementi in gioco, e il catodo possono essere utilizzati direttamente o anche peso trascurabile e costo di escludere dell'aria.!
Pertanto, litio-aria può essere realizzato densità di energia rispetto alla batteria al litio molto più elevato. Infatti, poiché litio è il più leggero della tavola periodica dell'elemento metallico relativa massa atomica, mentre l'ossigeno dall'aria, batteria aria litio ha un potere La più alta densità teorica di energia nelle batterie chimiche: in altre parole, le batterie al litio-aria di una unità di massa possono immagazzinare e rilasciare più energia di tutti gli altri mezzi di memorizzazione di energia elettrochimica.
Non liquido litio - teorica densità di energia della batteria aria fino a 12kWh / kg, da 5 a 10 volte il batterie agli ioni di litio, benzina quasi circa 13kWh / kg se batterie al litio-aria comparabili può infine al mercato. Anche i veicoli elettrici avranno lo stesso raggio di crociera dei veicoli a benzina, che interromperà completamente il collo di bottiglia del raggio di crociera causato dalla bassa densità energetica delle batterie agli ioni di litio, che è di grande importanza per lo sviluppo futuro di energia pulita.
Tuttavia, queste sono tutte analisi teoriche: non è un compito facile raggiungere una situazione ideale.
Prima di questo, il catodo ad aria può essere conosciuto come una batteria al litio-aria, ma tutti si basano su ambiente puro ossigeno. Questo perché, oltre a ossigeno, aria, azoto, anidride carbonica, vapor d'acqua sarà coinvolto nella reazione, in modo che il processo diventa molto Complesso: l'ossidazione del litio anodico e la reazione degli ioni di litio catodico con l'anidride carbonica e il vapore acqueo nell'aria generano sottoprodotti indesiderabili.
Poiché l'elettrodo, un elettrolita sulle altre reazioni chimiche e le proprietà chimiche del litio metallico e ossigeno sono più attivi, il ciclo di vita di una batteria dell'aria litio è stato molto breve. Inoltre, l'ossigeno nell'aria ambiente richiede l'uso di litio deve essere dotata di mezzi di immagazzinamento di ossigeno, per esempio un grande cilindro di ossigeno, che permette una batteria al litio è aria direttamente ad alta densità di energia ossigeno grande e pesante serbatoio levigatura, e la capacità della batteria dipende anche dalla capacità della bombola. inoltre, se si desidera che l'elettrico Le batterie agli ioni di litio sono usate nelle automobili: le bombole di ossigeno, oltre a un notevole aumento di peso, aumentano i rischi per la sicurezza.
Infatti, se non a causa degli inconvenienti sopra, una batteria agli ioni di litio non è lontano utilizzando un elettrodo complesso di batterie al litio-aria come elettrodo non può essere ottenuta a causa dell'uso diretto di litio metallico sostanza semplice in aria direttamente ossigeno necessario, alcuni scienziati ancora del tutto La batteria litio-aria è chiamata "batteria al litio-ossigeno".
Dopo anni di sviluppo, questi problemi sono stati come una nuvola scura appeso sopra la batteria al litio-aria, per non parlare delle batterie agli ioni di litio per il mercato e la concorrenza. Fino alla University of Illinois a Chicago, Argonne National Laboratory e la California State University del Nord La svolta della Ling School ha portato a una brillantezza promettente questa eccellente performance che esiste solo in teoria.
Per risolvere litio - batteria aria errore fatale, è necessario trovare un modo per evitare che le varie sostanze chimiche contenute in aria - azoto, anidride carbonica, vapore acqueo e altri ingredienti coinvolti in queste reazioni collaterali avere elettrodo reazioni collaterali, gli ioni di litio e un elettrolita . impatto, producono sottoprodotti indesiderati ricercatori affrontano questo problema, l'utilizzo del metodo di simulazione al computer (Density Functional analisi) e gli studi sperimentali condotti in modo approfondito la ricerca, e, infine, hanno trovato una risposta: sull'elettrodo litio metallico Aggiungi uno strato protettivo.
Il nucleo di questa tecnologia è che all'anodo, aggiungono uno strato di carbonato di litio / carbonio (LiCO 3/ C) Composizione di un rivestimento protettivo denso.
E il processo di rivestimento molto semplice: 10 cicli di carica direttamente dalla litio metallico con biossido di carbonio tramite una reazione chimica sulla superficie dell'elettrodo, impedisce il carbonato di litio può essere completata diverso ioni litio nel composto, proteggendo così l'anodo non. da parti diversi dal gruppo di ossigeno nel danno dell'aria mentre nell'atmosfera, e carbonato di litio non lo fa spontaneamente reattivo con il vapore acqueo e l'aria, quindi lo strato protettivo non possono partecipare alla reazione chimica della batteria, non Distrutto. Sotto la protezione del rivestimento, il tasso di ritenzione del litio di un singolo ciclo raggiunge il 99,97%, che è molto meglio della batteria al litio senza rivestimento.
Figura 丨 strato di protezione anodo denso (scala: la linea verde nella figura è di 1 μm di lunghezza)
La figura sta attraversando Li
2CO
3 Molecole di ossigeno rivestite
Per testare le prestazioni di questa batteria, i ricercatori hanno utilizzato il bisolfuro di molibdeno (MoS) che era stato precedentemente riportato da altri studi. 2) Nanofoglio come catodo e utilizzando 1-etil-3-methylimidazolium tetrafluoroborato (1-etil-3-metilimidazolio tetrafluoroborato, EMIM-BF4) e dimetil solfossido (Dimetilsolfossido, DMSO ) loro miscele come elettrolita nel lavoro dell'anodo, catodo, elettrolita, la batteria al litio dell'aria è collocato in un ambiente di aria simulato --79% di azoto, 21% di ossigeno 500ppm anidride carbonica, e il 45% rispetto Umidità, temperatura 25 C.
Dopo la prova, dopo 700 cicli di carica e scarica, la batteria dell'aria litio è verifica alcun errore. Ciò comporta che molte persone previsto, anche alcune delle tecnologie ha raggiunto la batteria commerciale maturo (batterie esempio piombo) vita di ciclo.
La squadra così giunto alla conclusione: 'anodo di litio protetto, un elettrolita ed una miscela di prestazioni catodo ad aria, lavorare insieme in condizioni atmosferiche simulate, può migliorare efficace i litio - tempi ciclo batteria dell'aria.'
Allo stesso tempo, Argonne National Laboratory continua a questa reazione delle cellule effettuata simulazioni al computer per favorire la comprensione del meccanismo di reazione, in modo da migliorare le prestazioni della batteria, in futuro, fornire supporto teorico per il potenziale di commercializzazione futuro.
Va notato che, anche se lo studio di applicazioni è ancora molto lontana dalla densità di energia ottimale non è anche una piccola distanza, ma è senza dubbio un progresso significativo nello sviluppo di batterie al litio-aria.
I risultati di questa ricerca dimostrano che le batterie al litio-aria possono effettivamente proteggere altri gas dalle interferenze, acquisire direttamente ossigeno da atmosfere simili all'aria, liberarsi della dipendenza dai dispositivi di stoccaggio dell'ossigeno e avere una lunga durata del ciclo. Ricercatori e fiducia del settore nel futuro sviluppo di questa rivoluzionaria tecnologia delle batterie:
Poiché i problemi più importanti hanno soluzioni chiare, il resto potrebbe non essere affatto fatale! Potrebbe non passare molto tempo prima che i ricercatori possano creare densità di energia molto più elevate rispetto alle attuali tecnologie delle batterie agli ioni di litio. Nuove batterie, e questo cambierà indubbiamente completamente il panorama energetico esistente.
