Was ist das weltweit führende Forschungsteam und die Forschungsrichtung für Lithiumbatterien?

Die Batterietechnologie bei der Entwicklung der Gesellschaft spielt nachhaltige saubere Energie eine wichtige Rolle. Im Vergleich zu herkömmlichen Ni-Mh-Batterien werden häufig Blei-Säure-Batterien, Lithium-Ionen-Batterien mit hoher Energiedichte, ohne Memory-Effekt, geringer Umweltverschmutzung usw. verwendet im Bereich der Energiespeicherung und -umwandlung. Bereits jetzt, da Lithium-Ionen-Batterien Power-Batterie in Elektrofahrzeugen wie Tesla, BYD, einen großen Marktanteil hat, wird erwartet, dass bis 2020 globale Lithium-Ionen-Batterie die Größe des Marktes erwartet 450 Milliarden Yuan erreichen.

Lithium-Ionen-Batterie, die erstmals 1990 von SONY aus Japan entwickelt wurde. Traditionelle Lithium-Ionen-Batterie-Anodenmaterialien für Lithium-Cobalt-Säure (LiCoO2), für Graphit-Anodenmaterialien (C), Ester als Elektrolyt von wiederaufladbaren Batterien. Die Reaktion der Batterieelektroden ist wie folgt ::

Die spezifische Lagerung der tatsächlichen Kobaltsäurelithiummaterialien beträgt jedoch nur etwa 150 mAh / g, wobei eine niedrige Energiedichte der Lithiumionenbatteriekapazität das Monomer nur auf etwa 150 wh / kg begrenzt. Die Verwendung einer geringen Energiedichte der Lithiumionenbatterie wird berücksichtigt Teslas neuestes Elektroauto ModelX, zum Beispiel, besteht aus mehr als 7000 Lithium-Ionen-lithium-ionen-akkus, die eine Tonne wiegen. Eine schwere Batterie erhöht das Gewicht des Auto, reduzieren Sie die Laufleistung des Autos nach einem vollen Ladebereich bei etwa 400 Kilometern. Daher ist die Entwicklung einer Lithium-Ionen-Batterie mit hoher Energiedichte besonders wichtig.

Gegenwärtig war die Untersuchung von Lithium-Ionen-Batterien mit hoher Energiedichte von Anfang an eine wesentliche Entwicklung. Die positiven Materialien der Hauptforschungsbereiche konzentrierten sich auf die Batterie, das Kathodenmaterial. Zu den positiven Aspekten der Hauptforschung gehörte reiches Lithium Batterieanodenmaterialien aus schwefelreichem Nickelanodenmaterial und Anodenmaterial. Im Rahmen der Kathodenforschung konzentrierten sie sich hauptsächlich auf die Zinnanode, die Siliziumanode und die Lithiummetallanode. Gegenwärtig widmen sich viele Teams der Untersuchung des Festelektrolyten , hauptsächlich zur Lösung des Problems der Sicherheit von brennbaren Flüssigkeiten mit flüssigem Elektrolyten. Darüber hinaus kann die Einführung und Verwendung von Festelektrolyt bei der Erforschung der Lithiummetallanode das Wachstum von Lithiumdendriten hemmen. In diesem Artikel wird die Kombination mit Teilen der weltweit führenden Lithiumbatterie kombiniert Team, um eine einfache Einführung zu machen, und erarbeitet die heiße Forschungsrichtung der Branche.

JohnB．Goodenough

Dr. Goodenough, Professor an der Universität von Chicago im Jahr 1952. Derzeit in der Abteilung für Maschinenbau der Vereinigten Staaten, der Universität von Texas in Austin, Texas. Professor für Goooughough ist ein berühmter Physiker, solide der National Academy of Sciences, der Academy of Engineering, die königliche Gesellschaft für ausländische Akademiker. Er ist Kobaltsäure Lithium, Mangansäure Lithium und lithiumeisenphosphat Lithium-Ionen-Batterie Kathodenmaterial des Erfinders, ist auch einer der Begründer der wissenschaftlichen Basis, Lithium-Ionen-Batterien wird als bezeichnet Der "Vater" der Lithium-Elektrizitätsindustrie. Professor Goodenough veröffentlichte mehr als 700 Zeitschriftenartikel, veröffentlichte Artikel, die mehr als 46500 Mal zitiert wurden.

In den letzten Jahren hat Professor Goodenough seine tiefe Liebe zu Lithium-Ionen-Batterien, Natriumionen-Batterien und intensiver Forschung fortgesetzt. Gleichzeitig wird er auch ein eigenes Forschungsgebiet besitzen, auf das er sich bei der Untersuchung des Festelektrolyten von Lithium-Ionen-Batterien ausdehnen kann. Professor Goodenough und der Forschungsarbeiten zu Festelektrolyten, veröffentlicht im Journal of American Chemistry Society (10.1021 / jacs.8 b03106). Professor Professor glaubt, dass Granat-Festelektrolyt bei Raumtemperatur eine sehr hohe Leitfähigkeit aufweist und für den Festelektrolyten von Lithiumbatterien unter Verwendung des idealen Materials geeignet ist Die Studie verwendete eine neue Strategie zur Verbesserung der Granat-LLTO-Grenzfläche (Li7La3Zr2O12), die das Lithium und die Impedanz der Granat-Grenzfläche signifikant reduziert und die Bildung von Dendriten hemmt. Dadurch wird die Assemblierung von Li / Use Granat / LiFePO4 und Li - verringert S Festkörperbatterien mit elektrischem Potential, Verbesserung der Effizienz des Coulomb und der Zyklenstabilität, haben breite Anwendungsaussichten Wenn das Problem von Festelektrolyt, Lithiumbatterie und Lithiumbatteriedendrit gelöst ist, wird Lithium mit hoher Kapazität verwendet, da das Negativ in Zukunft eine große Entwicklung und Anwendung haben wird.

Abbildung a, Granat-LLZT- und LLZT-C-Festkörperelektrolyt einer Lithiumbatterie (10.1021 / jacs.8 b03106)

PeterG．Bruce

Professor Bruce ist Oxford-Professor, Abteilung für großes Material. Die Royal Academy of Sciences, die Academy of Engineering, die Royal Society for Foreign Academicians, veröffentlichte mehr als 400 Zeitschriftenartikel, kumulierte Referenzartikel, die mehr als 55100 Mal veröffentlicht wurden, H-Faktor für 97.

Die Forschungsrichtung des Teams von Professor Bruce konzentrierte sich auf Lithium-Luft-Batterien, Lithium-Ionen-Batterien, wie z. B. die Richtung von Natriumionen-Batterien. In Bezug auf das Kathodenmaterial von Lithium-Ionen-Batterien umfasst die Forschung von Professor Bruce hauptsächlich LINixMn1 - xO2, xLi2MnO3? (1 -) x und LiMO2 Li2FeSiO4 Forschung und Entwicklung der Anodenmaterialien mit hoher Kapazität und deren Reaktionsmechanismusforschung.

Kürzlich berichtete Professor Bruce über Natriumionenbatterie-Kathodenmaterial und machte große Durchbrüche in der Forschung und veröffentlichte in Nature ZiKan (NatureChem., 10,288, 2018-2018). Der Artikel berichtete über eine P2 Na2 / 3 [Mg0,28 Mn0,72] O2-Schicht Natriumionenbatterie Kathodenmaterial, hat eine Kapazität von fast 170 mAh / g und eine fast 2. Entladespannung von 75 v. Und dass die Stabilität der hohen Kapazität aus der Materialstruktur und die Oxidationsreduktion von Sauerstoff. Wenn Natriumionen aus, geringer Gehalt Natrium zur Erleichterung der Bildung der Struktur der Oxidationsschicht von O2. Bei Zugabe von Sauerstoff beim Laden und Entladen erfolgt die REDOX-Reaktion und trägt zur zusätzlichen Kapazität bei. Gleichzeitig wird das Magnesium 2 + eingeführt und die Sauerstoffverlust. Die Arbeit des Li-Ionen-Batterie-Kathodenmaterials des Phänomens der Oxidationsreduktion von Elektrizität und Natrium-Sauerstoff und der Bereitstellung zusätzlicher Kapazität für ein besseres Verständnis liefert auch die Entwurfsmaterialien aus der str Struktur und Komponente hemmen den Sauerstoffverlust, um den neuen Weg des Anodenmaterials mit hoher Kapazität zu implementieren.

2, das P2 Na2 / 3 [Mg0,28 Mn0,72] O2-Materialstrukturdiagramm (NatureChem., 10,288, 2018-2018)

Clare P．Grey

Clare P.Grey promovierte 1991 an der Universität von Oxford. Chemieprofessorin an der Universität von Cambridge ist jetzt Mitglied der Royal Society, der staatlichen Universität von New York am Stony Brook, Teilzeitprofessorin. Clare P.Grey war mehr als 300 internationale Veröffentlichungen in den Zeitschriftenartikeln veröffentlicht, kumulative Nachschlagewerke mehr als 23600-mal veröffentlicht, H-Faktor für 78. Derzeit ist Professor für Gray das Journal der amerikanischen chemischen Gesellschaft, Joule, Berichte über chemische Forschung internationaler berühmter Zeitschriften wie Herausgeber.

Die Forschungsschwerpunkte des Professor Gray-Teams liegen in der folgenden Richtung: Lithium-Ionen-Batterietechnologie, Natriumionen-Batterietechnologie, ein neuer Typ von Lithium-Luft-Batterien, Magnesium-Ionen-Batterien und zukunftsweisende Forschungsfelder wie Festelektrolyt. In den letzten Jahren Professor Grau in Lithium-Ionen-Batterie-Kathodenmaterial kombiniert mit den Vorteilen von sich selbst und der Charakterisierung fortschrittlicher Technologie in Bezug auf Materialcharakterisierung und Simulation wurde von vielen Studien durchgeführt.

Abbildung 3 zeigt Gray, einen Professor an der Studie über die Struktur des Spinell-Lithium-Übergangsmetalloxids der neuesten Errungenschaften (Chem.Mater.2018,30,817? 829). Basierend auf der Forschung LiTIxMn2 - xO4 (0,2 x 1 oder weniger oder less.5) Material, die Verwendung von NMR-Charakterisierungstechniken, wie die Kombination der Theorie der DFT-Berechnungen, um die Einflüsse von LTMO-TI zu untersuchen, die mit unterschiedlicher Struktur dotiert sind. Durch die Studie wurde festgestellt, dass die Existenz von TI-dotiert die Struktur des Materials beeinflusst ändert sich mit der Änderung des TI-Gehalts. Im X = 0,2 zeigen Ti4 + und Mn3 + / 4 + LTMO eine zufällige Verteilung, im X = 0,4, wenn sie reich an Ti4 + und Mn4 + ungleichmäßigem Gitter sind, im x = 0,6 und 0,8 bei einphasiger Bildung einer festen Lösung, während bei x = 1 Li-Mn2 + -Tetraeder- und Li-Mn3 + / 4 + -Ti-Oktaeder-Konfiguration vorhanden sind. Diese Arbeit besteht darin, die strukturellen Änderungen in den anderen Batterieelektrodenmaterialien zu untersuchen, die a Referenzbasis.

FEIGE. 3, LiNi0,8 co0,15 al0. Das Al von o2, Li, Ni, Co, räumliche Verteilungskarte von O-Ionen (Chem.Mater.2018,30,817? 829).

Professor yi cui promovierte 2002 an der Harvard University und ist derzeit Professor an der Fakultät für Materialwissenschaften und -technik der Universität Stanford. Professor yi cui hat mehr als 700 Artikel in der Zeitschrift International und an der Spitze der internationalen Publikation veröffentlicht Nature and Science und sein ZiKan haben insgesamt 88 Artikel veröffentlicht, veröffentlichte Artikel wurden mehr als 116300 Mal zitiert, 160-H-Faktor. Ist derzeit die international bekannte Zeitschrift Nanoletter, stellvertretender Herausgeber, Herausgeber des ACSappliedenergymaterial-Magazins usw.

Die Forschung des Professor Yi Cui-Teams konzentriert sich auf die Siliziumanode von Lithium-Ionen-Batterien und erzielt viele herausragende Erfolge auf dem Gebiet der Silizium-Anode. Gleichzeitig haben in den letzten Jahren in Bezug auf Lithium-Metall-Anoden und Lithium-Schwefel-Batterien viele hervorragende Erfolge erzielt. Insbesondere in fast drei Jahren hat die Erforschung der Lithiummetallanode bahnbrechende Fortschritte gemacht, und in Wissenschaft, Natur, Nanotechnologie, Naturenergie und anderen internationalen Top-Magazinen wurden viele Artikel nacheinander veröffentlicht.

Abbildung 4 zeigt die neuesten Forschungsergebnisse einer flexiblen Silizium-Lithiumlegierung - flexible Graphen-Elektrode von Professor Yi Cui (Nature Nanotech., 12.993, 2017-999). Die Elektrode besteht aus aktiven Nanopartikeln aus Lithium-Silizium-Legierung und die großformatige Graphenschicht ist gleichmäßig beschichtet Diese Struktur unterdrückt wirksam den durch die Siliziumlegierung hervorgerufenen Volumenexpansionseffekt und hemmt das Wachstum des Lithiumdendriten. Dadurch weist die Elektrode eine ausgezeichnete Zyklusstabilität und eine Energiedichte von 500 WHKG - 1 auf Es wird erwartet, dass die Entwicklung einer Silizium-Lithium-Legierungsanode mit einer Schwefelkathode mit hoher Energiedichte einer Lithium-Schwefel-Silizium-Legierungsbatterie und einem breiten Anwendungsbereich gepaart wird.

FEIGE. 4, elektrochemische Leistung der flexiblen Elektrode aus Silizium, Lithiumlegierung und Graphen (NatureNanotech., 12.993, 2017-2017)

LindaF．Nazar

LindaNazar-Professor an der Universität von Toronto im Jahr 1984, Ph.D.Ist derzeit Professor für Chemie an der Universität von Waterloo in Kanada, der kanadische Chefwissenschaftler der kanadischen Royal Academy of Sciences. Der Nazar-Professor hat mehr als 300 wissenschaftliche Arbeiten veröffentlicht international bekanntes Magazin, veröffentlichte Artikel haben mehr als 34600 Mal zitiert, H-Faktor für 89.Ist derzeit die international bekannten Zeitschriften Energy & EnvironmentScience, ACSCentralScience Magazin-Redakteure usw.

Nazar Forschungsrichtung Professorin spezialisiert auf Lithiumbatterien und Lithium-Luft-Batterien, gilt sie als "die Königin der Lithium-Schwefel-Batterien. In den letzten Jahren wurde die Forschungsrichtung des Teams gleichzeitig auf die Lithium-Kathoden-Schutz und anorganischen Feststoff erweitert Elektrolyt und ein Durchbruch.Abbildung 5 zeigt den jüngsten Nazar, Professor für die neue Strategie des Schutzes von Lithiummetallanoden (Joule, 2017, 1,871-886), die Arbeit der Zugabe von Elektrolyt P2S5 in Lithiummetall in situ erzeugter Mikrometer mit einem hohe Ionenleitfähigkeit, gute Stabilität, Festelektrolytgrenzfläche (SEI). Die Bildung des SEI passt eng in die Lithiummetalloberfläche, im Land der hin- und hergehenden Lithiummetallabscheidung beim Herausziehen bleibt immer noch stabil, um einen langen Zyklus zu realisieren Lebensdauer der Lithiummetallanode. Darüber hinaus steht der erzeugte SEI in engem Kontakt mit den Elektroden und hemmt die weitere Reaktion von Lithiummetall und Elektrolyt, wodurch die Bildung von Dendriten bei gehemmt wird Gleichzeitig mit Li4Ti5O12-Anodenmaterial fließen alle Batterien im 5-c-Strom, um die Zyklusstabilität von mehr als vierhundert Mal zu erreichen.

Abbildung 5, das SEI-Bildungsprozessdiagramm, das Ionen- / Elektronentransferprozessdiagramm und die Ionenkonzentration, die elektrische Feldstärke, die Kurve der elektrischen Potentialänderung (Joule ,, 1,871 2017-2017)

Zusammenfassung

In Kombination mit der aktuellen internationalen Forschungsdynamikperspektive war die traditionelle Forschung zu Lithium-Ionen-Batteriematerial grundsätzlich perfekt und realisierte die Industrialisierung. Ein heißer Punkt in der Forschung zu Siliziumanoden, Zinnanoden und anderen Anodenmaterialien ist von den Kinderschuhen bis zur Anwendung, der vorliegenden Forschung Papier auch mehr Aufmerksamkeit in Bezug auf die Belastung des Materials, die Lebensdauer und die Praktikabilität. Die Forschung an Lithium-Ionen-Batterien konzentriert sich auf den aktuellen internationalen Fokus auf die Entwicklung von Lithium-Metall-Anoden und Festkörperelektrolyten. Durch die Entwicklung der geeigneten Lithium-Schutzmittel für Lithium-Metall-Anoden und durch die Die Verwendung von Festkörperelektrolyten zur Lösung der Probleme anderer Batterien (wie Batteriesicherheit, in Lithium-Schwefel-Batterien gelöstes Polysulfid usw.) wird die zukünftige Richtung der Forschung und Entwicklung sein. Und auch aus dem traditionellen Geschäft mit Lithium-Ionen-Batterie-Kobalt saure Lithiumanode und Graphitkathode auf drei Yuan positiv und Siliziumkohlenstoff negativ Es wird erwartet, dass eine Energiedichte von 300 Wh / kg erreicht wird. Später mit der Entwicklung der Siliziumanode erscheinen eine Anode mit hohem Siliziumnickelgehalt und die Kathodenbatterie allmählich als Anwendung und können die Energiedichte von 400 Wh / kg realisieren. Wird erwartet Mit dem Lithiumschutz und der raschen Entwicklung der Festelektrolyttechnologie wird im Jahr 2030 eine lange Lebensdauer von Lithium-Schwefel-Batterien auf dem Lithium-Strommarkt und eine Energiedichte von 500 wh / kg erreicht. Die Entwicklung einer hohen Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien wird das derzeitige Energiespeichersystem erheblich verändern und die Speicherkapazität von elektrochemischen Energiespeichern erheblich verbessern.

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