Gibt es weitere Verbesserungen für die Energiedichte von Lithiumbatterien?

Gegenwärtig ist das Problem der "Reichweitenangst" das erste Hindernis für reine Elektrofahrzeuge, das einer großflächigen Industrialisierung gegenübersteht. Für reine Elektrofahrzeuge wird die Reichweite des Kraftbatteriesystems so eingestellt, dass es elektrische Energie speichern kann, so dass die Energiedichte des Stromversorgungssystems geworden ist der entscheidende Faktor, der die Reichweite von Elektrofahrzeugen einschränkt.

Ob die Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien und Raum verbessern?

Die Berechnungen von BMW legen nahe, dass Verbraucher von reinen Elektrofahrzeugen die niedrigste tatsächliche Laufleistung von 300 km akzeptieren können (etwa bei normalen Autos ein Drittel der gesamten Reichweite des Öltanks), wenn das Batteriesystem und das Gewicht der vorhandenen normalen Familienauto-Leistung beibehalten werden Zug (mAhle Power Train) waren ähnlich, die Energiedichte des Power-Batteriesystems, um das Niveau von 250 Wh / kg zu erreichen, dh die Monomer-Energiedichte der Batterien, um 300 Wh / kg zu erreichen.

Um die Sicherheit des derzeitigen Lithium-Elektrizitätssystems unter der Voraussetzung der Zirkularität und anderer technischer Indikatoren zu gewährleisten, kann seine Energiedichte 300 wh / kg erreichen.

Lithium-Ionen-Batterien werden hinsichtlich ihrer theoretischen Energiedichte durch Anodenmaterialien angegeben und die Arbeitsspannung abgeschätzt. Hier legt der Autor das Konzept der komplexen elektrochemischen und strukturellen Chemie beiseite und führt eine einfache Analyse durch.

Bestehendes System von Lithiumelektrizität kann nur eine "halbe" Hochenergiebatterie sein, da ihre hohe spezifische Energie hauptsächlich auf dem niedrigen Elektrodenpotential der Kathode und der Kommerzialisierung mehrerer Übergangsmetalloxidanodenmaterialien (LCO, LMO, LFP und NMC) beruht ) Arbeitsspannung und spezifische Kapazität waren nicht signifikant besser als die des Wassersystems aus Sekundärbatteriekathodenmaterial.

Wenn Sie Lithiumstrom zu einer "echten" Hochenergiebatterie machen möchten, sind daher nur zwei Wege vorgesehen: Erhöhen Sie die Batteriespannung, oder es werden Anodenmaterialien angegeben. Da die Kathode die Möglichkeit einer Arbeitsspannung nicht verringert hat, muss sich der Hochdruck auf das Anodenmaterial konzentrieren Nickel-Mangan-Spinell und eine Ladespannung von 5 V bzw. 4,8 V für Festlösungskathodenmaterial (OLO) auf Lithium-Mangan-Basis müssen ein neues Hochspannungs-Elektrolytflüssigkeitssystem annehmen.

5 V Nickelgalaxit aufgrund der geringen Kapazität und kann die Energiedichte der Batterie tatsächlich nicht effektiv verbessern. Gegenwärtig kann die tatsächliche OLO-Kapazität mehr als 250 mah / g erreichen, was der Schichttheorie der Übergangsmetalloxidanodenkapazität bereits sehr nahe kommt.

Si / C-Verbundkathodenmaterialien und Siliziumlegierungsanodenmaterialien mit einer spezifischen Kapazität haben 600-800 mAh / g erreicht. Der Kapazitätsbereich ist nahezu praktisch (bei ordnungsgemäßer Zirkulation sicherstellen und Volumenänderung unterdrücken). Wenn OLO und Anoden auf Siliziumbasis mit hoher Kapazität Kollokation, die Energiedichte von ca. 350 wh / Kg.

Ich möchte hier betonen, dass für 3 c das kleine Zellvolumen die Energiedichte wichtiger ist als die Qualität der Energiedichte. Das heißt, das Schichtkathodenmaterial (LCO und NMC) zu einer höheren Spannung und einem höheren Ni-Gehalt entwickelt, Hype als Es ist jetzt sehr beliebt, reich an Lithium-Mangan-Basis feste Lösung die Anode praktischer Anwendungswert.

LCO-Technologie mit höherer Spannung und höherem Nickelgehalt NMC-ternäres Material wird zunehmend ausgereifter, in Zukunft ein höherer Druck oder höherer Nickelgehalt von Schichtkathodenmaterial mit hoher Si / C-Verbundkathodenkapazität oder Legierungsanodenmaterialien, geringe 3 C Lithiumelektrizitätsenergiedichte wahrscheinlich weiter auf 300 wh / kg ansteigen.

Um die Lithiumelektrizität weiter zu verbessern als die Energie, muss sie die Bindung des Reaktionsmechanismus von Embedded jetzt aufbrechen, wie andere reguläre chemische Energiequellen den Ausstiegsmechanismus REDOX anwenden, nämlich die Verwendung einer Lithiummetallanode. Aber Lithiumdendrit ist leicht kurz zu verursachen Schaltung und hochaktiver Dendrit und die starke Reaktion der organischen Elektrolytflüssigkeit, wodurch das Problem zum Ausgangspunkt für die Lithiumionenbatterie zurückkehrte.

Tatsächlich liegt die Hauptursache für die Lithiumionenbatterie unter Verwendung einer Graphitkathode darin, dass die in Graphit eingebetteten Lithiumverbindungen (GIC), um die Bildung von metallischem Lithiumdendrit, GIC, zu vermeiden und das hochaktive Metalllithium zu reduzieren, einen stabilen Zustand ermöglichen SEI-Schnittstelle. Also, basierend auf der eingebetteten Reaktion der Lithium-Ionen-Batterie muss man tatsächlich Kompromisse eingehen!

In den letzten zwei Jahren hat die internationale Forschung zu Lithium-Metall-Anoden einen Ausbruch von kleinen, wie zum Beispiel dem amerikanischen Solid Energy-Hype gezeigt, der in letzter Zeit sehr beliebt ist. Aus dem Blickwinkel der Grundlagenforschung ist die Kapazität von gut verstanden, und wie ich bereits erwähnt habe Die Anodenmaterialien haben nicht viel Raum zur Verbesserung, der Elektrolyt wird wenig zur Verbesserung der Energiedichte beitragen, hat sich erhöht, so dass der Rest nur von der Kathode ausgehen kann, die Metallanode der Lithiumbatterie ist natürlich "ultimative Lithiumbatterie".

Theoretisch wird die Verwendung des anorganischen Festelektrolyten, Polymerelektrolyten oder Flüssigelektrolyten, der spezielle Additive hinzufügt, wahrscheinlich die Bildung von Lithiumdendriten erleichtern, aber bei der tatsächlichen Herstellung der Batterien werden viele technische Schwierigkeiten auftreten metallisches Lithium als negative "ultimative Lithiumbatterie", aber Sicherheitsprobleme werden der erste entscheidende Faktor sein.

Ich persönlich glaube, dass alle Festkörper-Lithium-Ionen-Batterien, die auf anorganischem Festelektrolyten basieren (All-Festkörper-Li-Ionen-Batterien), wahrscheinlich die praktische Anwendung von Lithium-Metall-Anoden ermöglichen. Japans Toyota (Toyota) ist international führend Festkörperbatterien, derzeit ist der auf technischer Ebene entwickelte Prototyp einer Batterie anderen Unternehmen und Forschungseinrichtungen voraus, und Toyota verfügt über fast 20 Jahre Forschung und Entwicklung auf diesem Gebiet.

Die Batterie mit großer Leistung für eine Reihe von technischen Indikatoren, die hinsichtlich der Wahl des Elektrodenmaterials, der Systemkollokation, des Polstückprozesses und des Designs der Zellstruktur streng begrenzt sind, unterscheidet sich jedoch bei den kleinen 3-c-Batterien. Diese Faktoren sind auch dann gleich, wenn sie gleich sind Aufgrund der Systemkollokation ist die Energiedichte der Batterie mit großer Leistung geringer als die der Batterie mit kleiner Kapazität.

Aus Sicherheitsgründen und aufgrund von zyklischen Faktoren muss die Leistungsbatterie beispielsweise versuchen, den Niederspannungspegel (V) 4,2 / 4,3 aufrechtzuerhalten, dh die Hochspannungsstrategie für 3 c-Kleinbatterien für Leistungsbatterien ist möglicherweise nicht geeignet.

Derzeit liegt die Energiedichte des LG-Monomerbatteries für große ternäre Materialmotivation über dem Niveau von 220 Wh / kg. Ich persönlich glaube, dass es im Technologiebereich noch eine weitere Förderung gibt, das Monomer in der zukünftigen ternären akku sollte in der Lage sein, das Niveau zu erreichen von 250 wh / kg.

Um die Sicherheits- und zyklischen Temperatur- und Kostenaspekte der Anforderungen unter der Voraussetzung einer weiteren Verbesserung der allgemeinen Energiedichte von Lithium-Ionen-Flüssigmonomerbatterien zu erfüllen, wäre dies in der Technologie sehr schwierig. Batterien mit Energiedichte nach der Gruppe verlieren im Allgemeinen etwa 20% (Tesla ModelS-Verluste) so hoch wie 45%), dh 200 wh / kg könnten die normale Energiedichte der Lithium-Ionen-Batterie eines Engpasses des Systems sein.

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