Wie weit ist Lithium von einer "echten" Hochenergiebatterie entfernt?

Das größte Hindernis für die großflächige Industrialisierung reiner Elektrofahrzeuge ist die "Kilometerangst". Das Wesentliche des Problems ist die Energiedichte des Leistungsbatteriesystems.

Das vorhandene Lithium-Ionen-Batteriesystem kann nur als "halbe" Hochenergiebatterie betrachtet werden, da seine hohe spezifische Energie hauptsächlich auf dem extrem niedrigen Elektrodenpotential beruht. Gegenwärtig sind verschiedene Arten von Übergangsmetalloxid-positiven Elektrodenmaterialien, die kommerzialisiert werden, Wasser-Sekundärbatterien hinsichtlich Betriebsspannung oder spezifischer Kapazität nicht wesentlich überlegen.

Daher gibt es nur zwei Möglichkeiten, Lithium zu einer "echten" Hochenergiebatterie zu machen: die Betriebsspannung der Batterie zu erhöhen oder die spezifische Kapazität der positiven und negativen Materialien zu erhöhen. Aufgrund der Einschränkungen vieler objektiver Faktoren hat sich die Verbesserung der Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien dem Engpass angenähert.

Theoretische Berechnungen zeigen, dass das bestehende positive und negative polare Materialsystem mit maximaler Kapazität (ternär mit hohem Nickelgehalt und negativer Siliziumkohlenstoffelektrode) eine etwas höhere Energiedichte von etwa 300 W / kg aufweist. Aufgrund der strengen Einschränkungen vieler technischer Indikatoren unterscheiden sich große Leistungsbatterien in der Auswahl der Elektrodenmaterialien, der Systemkollokation, der Polar-Technologie und des Kernstrukturdesigns stark von kleinen 3C-Batterien. Diese Faktoren ergeben sogar das gleiche positive und negative polare Kollokationssystem. Die Energiedichte großer Leistungszellen ist viel geringer als die kleiner 3C-Batterien.

Das heißt, in absehbarer Zeit ist es nahezu unmöglich, dass ein hochenergetisches Lithium-Ionen-Batteriesystem, das in großem Maßstab kommerzialisiert werden kann, eine Energiedichte von mehr als 250 W / kg aufweist. Diese Systemenergiedichte gilt für normale Personenkraftwagen. Unter tatsächlichen Bedingungen und Lastbedingungen beträgt die Reichweite mehr als 300 km.

Die Beyond LIB hat zwei schillernde "neue Sterne": Li-S- und Li-Air-Batterien. Tatsächlich handelt es sich um alte Systeme, die erst in den letzten Jahren neu verpackt wurden. Wenn wir uns diese beiden elektrochemischen Systeme genauer ansehen, ist ihr Kernproblem immer noch die negative Elektrode aus Metalllithium.

Die Li-S-Batterie muss das Problem der negativen Elektrode aus Metalllithium lösen, sonst verliert die Li-S-Batterie grundsätzlich den Vorteil hoher Energie. In Verbindung mit dem einzigartigen "Schwefelionen-Shuttle-Effekt" von Li-S-Batterien glaubt der Autor nicht, dass Li-S-Batterien die Möglichkeit einer praktischen Anwendung in Elektrofahrzeugen haben werden. In Zukunft können Li-S-Batterien bestimmte Anwendungen in speziellen Bereichen wie Militär- und Wildgebieten haben.

Das Denken und der Ausgangspunkt des Li-Air-akkus stimmen nicht mit denen des Li-S-akkus überein. Es gehört zur Kategorie der Luftbatterien. Aber meiner persönlichen Meinung nach kombinieren Metall-Luft-Zellen, insbesondere sekundäre Metall-Luft-Zellen, die Nachteile von Sekundär- und Brennstoffzellen organisch und verstärken die Nachteile. Sekundäre Li-Air-Batterien verursachen mehr technische Probleme als Li-S-Batterien.

Persönlich könnte der nächste Durchbruch für Lithium-Ionen in rein festen Lithium-Ionen-Batterien liegen, anstatt in Li-S- und Li-Air- oder sogar Graphen-Batterien, die derzeit stark gehyped sind. Aufgrund der Verwendung von metallischem Lithium als negative Elektrode wird die Energiedichte von Vollfeststoff-Lithium-Ionen-Batterien im Vergleich zu den derzeitigen flüssigen Lithium-Ionen-Batterien erheblich verbessert (der Autor schätzt, dass die tatsächliche Energiedichte 350 Wh / erreichen kann) kg). Gute Sicherheit ist ein weiterer Vorteil von Lithium-Ionen-Vollbatterien.

Aufgrund der Ionenübertragungseigenschaften von Festelektrolyten und der Grenzflächenwiderstandsprobleme von Festelektrolyten und positiven und negativen Elektrodenmaterialien wird jedoch bestimmt, dass die Verhältnisleistung die kurze Platte sein muss. Darüber hinaus stehen die Recyclingfähigkeit und die Temperaturleistung von Vollbatterien immer noch vor großen Herausforderungen.

Persönlich glaubt der Autor, dass vollständig feste Lithium-Ionen-Batterien in Zukunft in kleinen elektronischen 3C-Geräten verwendet werden können und große Leistungszellen möglicherweise nicht für ihre Anwendung geeignet sind. Nach der aktuellen Forschung und Entwicklung von Vollfeststoff-Lithium-Ionen-Batterien in der Welt glaubt der Autor nicht, dass in den nächsten 5 bis 10 Jahren die Möglichkeit einer großtechnischen Vermarktung von Vollfeststoff-Lithium-Ionen-Batterien besteht.

Was ich hier hervorheben möchte, ist, dass das obige Verständnis und Verständnis der Sicherheit und Energiedichte von Lithiumstrom beträchtliches elektrochemisches Fachwissen und hochrangige Verfahren zur Erzeugung von Lithiumstrom erfordert. Aus Platzgründen geht der Autor hier nicht näher darauf ein.

Im Vergleich zu Lithium-Ionen-Kraftzellen und Brennstoffzellen ist nur sehr wenig Raum für eine weitere Erhöhung der Energiedichte von Lithium-Ionen-Kraftzellen. Wenn Sie aus der Perspektive der grundlegendsten elektrochemischen Prinzipien darüber nachdenken, ist dieses Problem nicht schwer zu verstehen. Die Erhöhung der Energiedichte von Sekundärbatterien folgt nicht dem Moore'schen Gesetz.

Das neue chemische Stromversorgungssystem mit höherer Energiedichte befindet sich noch in der Grundlagenforschung, und die Aussicht auf eine Industrialisierung ist noch sehr ungewiss. Relativ gesehen ist das Energiedichteproblem von PEMFC nicht sehr ausgeprägt. Selbst wenn die Anzahl der Wasserstoffspeichertanks am einfachsten erhöht wird, um die Laufleistung sicherzustellen, ist die Bedienbarkeit relativ einfach.

Wir können auch aus einer anderen Perspektive denken, dass die Sekundärbatterie zu einem vollständig versiegelten System entwickelt werden muss und bestrebt ist, wartbar zu sein (für Lithiumstrom ist dies unbedingt erforderlich), und zwar genau deshalb, weil die Sekundärbatterie ein versiegeltes System ist, was dies unmöglich macht es soll eine hohe Energiedichte haben. Was ist sonst der Unterschied zwischen einem geschlossenen Hochenergiesystem und einer Bombe?

Aus dem grundlegendsten Gesetz der Energieeinsparung ergibt sich kein Sinn! Unter diesem Gesichtspunkt ist es leicht zu verstehen, dass die Erhöhung der Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien (tatsächlich einschließlich aller Sekundärbatteriesysteme) sehr begrenzt sein wird. Die Brennstoffzelle ist ein offenes System. Der elektrische Reaktor ist nur ein elektrochemischer Reaktionsort. Die Energiedichte des Systems hängt hauptsächlich von der Menge an Wasserstoff ab, die im Wasserstoffspeichersystem gespeichert ist.

Da es sich um ein offenes System handelt, haben Brennstoffzellen ein größeres Potenzial zur Erhöhung der Energiedichte und sind von Natur aus sicherer. Dieser Vorteil ist genau das, was eine Sekundärbatterie nicht hat. Aus Sicht der elektrochemischen Geräte sind Brennstoffzellen ein höheres Entwicklungsniveau für chemische Energiequellen als Sekundärbatterien.

Grundsätzlich ist eine Sekundärbatterie, einschließlich einer Lithium-Ionen-Batterie, eine elektrische Energiespeichervorrichtung, und eine Brennstoffzelle ist eine elektrische Energieerzeugungsvorrichtung. Dieser wesentlichste Unterschied bestimmt die unterschiedliche Positionierung der beiden im Anwendungsbereich.

Viele verschiedene Eigenschaften von Brennstoffzellen und Sekundärzellen bestimmen, dass Sekundärzellen für Energiespeicherzwecke mit mittlerer und kleiner Leistung geeignet sind, während Brennstoffzellen für Anwendungen mit höherer Leistung besser geeignet sind. Daher ist der Autor persönlich der Ansicht, dass die Positionierung von Lithium-Ionen-Batterien in Elektrofahrzeugen ein Hilfsstromversorgungsgerät ist und HEV und PHEV sowie kleine reine Elektrofahrzeuge die Hauptanwendungsbereiche sind.

Die PEMFC-Brennstoffzelle wurde von Anfang an als großtechnische Energiequelle entwickelt und ist eine wahre "Kraftzelle". Ich möchte hier betonen, dass sich PEMFC-Brennstoffzellen und Lithium-Ionen-Batterien im Anwendungsbereich nicht überlappen. Sie sind komplementäre Beziehungen in Elektrofahrzeugen, nicht wer wen ersetzt.

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