Die Dilemma-Analyse von Lithium-Ionen-Batterien

2012 hat der Staatsrat den "Entwicklungsplan für Energieeinsparung und neue Energiefahrzeugindustrie (2012-2020)" veröffentlicht, in dem klargestellt wurde, dass sich die Entwicklung neuer Energiefahrzeuge in China auf reine Lithium-Ionen-Batterie-Elektrofahrzeuge konzentrieren wird ( LIB-EV). In den letzten Jahren sind reine Elektrofahrzeuge mit Lithium-Ionen-Batterien zum absoluten Mainstream neuer Energiefahrzeuge in China geworden. Lithium-Ionen-Batterien haben den Markt für Elektrofahrzeugbatterien in China vereinheitlicht.

Im Dezember 2014 brachte Toyota, das weltweit größte Automobilunternehmen, offiziell das weltweit erste Elektrofahrzeug Mirai (FC-EV) für Brennstoffzellen (PEMFC) auf den Markt. Danach stellte Honda in der zweiten Jahreshälfte 2015 auch sein neues Brennstoffzellenfahrzeug FCV Clarity vor. Seitdem haben Nissan, Hyundai, GM, BMW und VW ihre eigenen Pläne für die Industrialisierung von Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen in der EU veröffentlicht letzten zwei Jahren.

Wir können sehen, dass China und Japan (und in der Tat die etablierten Automobilunternehmen in Südkorea, Europa und den USA) unterschiedliche technologische Wege für reine Elektrofahrzeuge gewählt haben. Angesichts der Realität der kommerziellen Produktion von Brennstoffzellenfahrzeugen von Toyota, Honda und Hyundai (FC-EV) in kleinem Maßstab müssen wir zunächst darüber nachdenken, warum China und Japan bei der Entwicklung reiner Elektrofahrzeuge unterschiedliche Technologierouten gewählt haben. Oder welche Art von Stromversorgungssystem wäre für reine Elektrofahrzeuge besser geeignet?

Im Wesentlichen sind Sekundärbatterien, einschließlich Lithium-Ionen-Batterien, energiespeicher, die elektrische Energie durch reversible elektrochemische Reaktionen speichern und abgeben. Die Brennstoffzelle (PEMFC) ist eine elektrische Energieerzeugungsvorrichtung, die die chemische Energie im Brennstoff durch eine elektrokatalytische Reaktion in elektrische Energie umwandelt. Obwohl Brennstoffzellen auch als "Batterien" bezeichnet werden (der Grund für die chinesische Übersetzung), ähnelt ihre grundlegende Funktionsweise der von Verbrennungsmotoren und unterscheidet sich wesentlich von herkömmlichen Sekundärbatterien. Die Art der beiden elektrochemischen Stromversorgungssysteme ist unterschiedlich, wodurch ihre unterschiedliche Positionierung auf Anwendungsebene direkt bestimmt wird.

Gegenwärtig betrachtet china lithium-ionen-batterien grundsätzlich als die einzige Wahl bei der Wahl der Stromquelle für Elektrofahrzeuge (Power Cell). Und die heimische Lithiumindustrie war auch mit dieser seltsamen Theorie beliebt, dass "Lithium-Ionen-Batterien andere Sekundärbatterien ersetzen" oder "Lithium-Ionen-Batterien werden häufig als Universalbatterien verwendet".

Ich denke, es ist notwendig, einige Grundkenntnisse über Lithium-Ionen-Batterien zu klären. Nach Ansicht des Autors stehen Lithium-Ionen-Batterien vor zwei großen Herausforderungen, die es schwierig machen, die Hauptstromquelle für große und mittlere Fahrzeuge zu werden: Sicherheitsdilemma und Engpass bei der Energiedichte.

Sicherheitsdilemma: Zunächst möchte ich hier hervorheben, dass das vorhandene Lithium-Ionen-Batteriesystem aus thermodynamisch grundlegender Sicht thermodynamisch instabil ist. Der Grund, warum es stabil arbeiten kann, ist, dass der Passivierungsfilm auf den positiven und negativen Oberflächen dynamisch von der weiteren Reaktion der hochaktiven positiven und negativen Materialien mit dem Elektrolyten isoliert ist und das durch verschiedene Faktoren verursachte thermische Durchgehen die Zerstörung des positive und negative Oberflächen. Diese wissenschaftliche Frage ist der direkteste Grund für den Passivierungsfilm und wird für ein objektives Verständnis der Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien von entscheidender Bedeutung sein.

Jede handelsübliche Sekundärbatterie benötigt wirksame Maßnahmen gegen Überladung, um sicherzustellen, dass die Batterie den vollen Ladezustand erreicht und die Sicherheitsprobleme vermieden werden, die durch unsachgemäße Überladung verursacht werden. Ob es sich um ein Wassersystem oder eine organische Sekundärbatterie handelt, die Ladesicherheit basiert auf dem Grundprinzip der positiven Grenzkapazität (negative Überkapazität). Wenn diese Prämisse verschwindet, führt die Überladung dazu, dass die Sekundärbatterie des Wassersystems Wasserstoff erzeugt, und bei Lithiumionenbatterien handelt es sich um eine negative Lithiumchromatographie.

Verschiedene Wasser-Sekundärbatterien können jedoch die Zersetzungsreaktion von Wasser effektiv nutzen, um das Prinzip des "Sauerstoffkreislaufs" zu verwenden, um einen Überladungsschutz zu erreichen. Obwohl Wasser-Sekundärbatterien ihre weitere Erhöhung der Energiedichte aufgrund der Zersetzungsspannung von Wasser begrenzen, ist es wichtig zu bedenken, dass Wasser auch eine nahezu perfekte und unersetzbare Lösung gegen Überladung für Wasser-Sekundärbatterien darstellt. Bei Lithium-Ionen-Batterien treten unvermeidlich Sicherheitsprobleme auf, sobald die negative Elektrode hochaktives Metalllithium ausfällt, da das Metalllithium im Inneren der Batterie nicht beseitigt werden kann.

Daher sind Lithium-Ionen-Batterien in gewisser Weise keine Lösung für die Sicherheit des Problems! Durch die umfassende Anwendung einiger technischer Maßnahmen wie der Wärmesteuerungstechnologie (PTC-Elektrode), Keramikbeschichtungen mit positiver und negativer Oberfläche, Überladungsschutzadditiven, spannungsempfindlichen Membranen und flammhemmenden Elektrolyten kann die Sicherheit von Lithiumelektrizität wirksam verbessert werden. Diese Maßnahmen können jedoch das Problem der Sicherheit von Lithiumstrom nicht grundlegend lösen, da Lithiumstrom ein thermodynamisch instabiles System ist.

Andererseits erhöhen diese Maßnahmen nicht nur die Kosten, sondern verringern auch die Energiedichte der Batterie. Die Begrenzung der Kapazität des Kraftzellen-Monomerkerns ist immer noch eine notwendige Maßnahme, um die Sicherheit zu erhöhen. Was ich hier hervorheben möchte, ist, dass BMS das Problem der Sicherheit von Lithium-Ionen-Kraftzellen nicht lösen kann. Dies wird durch das grundlegende Arbeitsprinzip von BMS bestimmt.

Wenn wir die oben genannten Faktoren berücksichtigen, werden wir verstehen, dass die "Sicherheit" von Lithiumstrom nur relativ ist. In den letzten Jahren wurde die heimische Lithium-Ionen-Industrie mit der Idee gefüllt, dass Lithium-Ionen-Batterien die Flüsse und Seen vereinheitlichen und andere Sekundärbatterien ersetzen. Dieses Argument ist aus Sicherheitsgründen zweifellos lächerlich.

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