Einführung in die Lithium-Luft-Batterie für Kraftfahrzeuge

Vor der Einführung des Toyota Hydrogen Fuel Cell Vehicle (MIRAI) stellte IBM eine eigene Luftlithiumbatterie für Kraftfahrzeuge vor. Bereits 2009 schlug IBM das Programm Battery500Project vor, um eine Luft-lithium-batterietechnologie zu entwickeln, mit der die Batterie mit einer einzigen Ladung eine Reichweite von mindestens 805 Kilometern einhalten kann, während das aktuelle Volumen und die Kostenkontrolle der Autobatterien beibehalten werden. Verglichen mit der aktuellen Reichweite von Elektrofahrzeugen hat sie sich verfünffacht.

Die Struktur der IBM Luftlithiumbatterie ist in der Abbildung dargestellt. Die Anode ist eine Lithiummetallplatte, die Kathode ist eine Oberflächenkohlenstoffschicht und in der Mitte befinden sich zwei Elektrolytschichten. Der Elektrolyt nahe der Seite der Lithiummetallplatte ist für die Aufnahme von Lithiumionen verantwortlich, die von der Lithiummetallplatte freigesetzt werden. Der Elektrolyt nahe der Seite der Kohlenstoffschicht ist für ein besseres Eindringen der empfangenen Lithiumionen in die Kohlenstoffschicht verantwortlich. Zwischen den beiden Elektrolyten befindet sich ein Sperrfilm, um ein Eindringen und eine Kontamination zwischen verschiedenen Materialschichten zu verhindern.

Auf der Seite der negativen Elektrode (Metalllithium) wird eine organische Elektrolytlösung und auf der Seite der positiven Elektrode (Luft) eine wässrige Elektrolytlösung verwendet. Zwischen den beiden Elektrolyten ist eine Festelektrolytmembran angeordnet, durch die nur Lithiumionen hindurchtreten, um sie zu trennen. Dies verhindert, dass sich der Elektrolyt vermischt, und regt die Batterie zur Reaktion an.

Ein organischer Elektrolyt, der ein Lithiumsalz enthält, wird in Kombination mit der Elektrolytlösung für eine negative Elektrode verwendet. Obwohl organische Lösungsmittel nicht verworfen werden können, sind sie in ihrer Verwendung begrenzt. Die wässrige Elektrolytlösung für die positive Elektrode ist ein alkalilösliches wasserlösliches Gel und wird mit einer positiven Elektrode kombiniert, die aus einem feinen Kohlenstoff und einem Suboxidkatalysator besteht.

In einer Lithium-Luft-Batterie ist LiOH (Lithiumhydroxid), das aufgrund einer Entladungsreaktion leicht in einer wässrigen Elektrolytlösung gelöst werden kann, kein festes Li 2 O. Lithiumoxid bewirkt nicht, dass die Arbeit stoppt, nachdem die Luftelektrode abgeschieden wurde. Wasser, Stickstoff und dergleichen passieren auch nicht die Trennwände des Festelektrolyten, so dass keine Gefahr einer Reaktion mit dem Lithiummetall der negativen Elektrode besteht. Darüber hinaus kann zum Zeitpunkt des Ladens, wenn eine positive Elektrode zum Laden angeordnet ist, Korrosion und Alterung der leitenden Luftelektrode verhindert werden.

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