Durchbruchstechnologie und Eigenschaften der Lithium-Luft-Batterie

Wir alle staunen über die Revolution, die die Technologie in den letzten Jahrhunderten ausgelöst hat. Je weiter sich diese technologische Revolution entwickelt, desto mehr Energie verbrauchen sie und dies führt zu einem massiven CO2-Fußabdruck. Der dominierende Bereich, in dem täglich eine größere Energieproduktion nachgefragt wird, ist der Verkehrssektor. Es ist nicht überraschend, dass dieselbe Abteilung zu mehreren Umweltkomplikationen führt, wie zum Beispiel der allgemeinen städtischen Verschmutzung, von der viele Städte weltweit betroffen sind.

Laut Statistik entfallen mehr als 50% der CO-Emissionen eines Landes auf den Verkehrssektor, in dem häufig Auspuffrohre aus allen Ecken in die Atmosphäre husten. In den letzten Jahrzehnten hat sich jedoch aufgrund der absehbaren Begrenzung fossiler Brennstoffe und der stärkeren Betonung der Umweltverträglichkeit eine große Verbesserung ergeben. Das Transportsystem wird jetzt elektrifiziert, zum Beispiel werden elektrische Züge und Fahrzeuge zum neuen Rampenlicht des Transports von einem Ort zum anderen. Dies wird als mögliche Lösung zur Eindämmung des Verschmutzungsproblems und zur Einsparung von mehr Energie bei gleichzeitiger Schonung der Umwelt dienen.

Der Fortschritt der Elektrifizierung des Verkehrssystems war nicht so schnell, wie die Menschen es sich erhofft hatten, da das perfekte energiespeichersystem fehlte. Seit der Einführung von Lithium-Ionen-Batterien hat die Entwicklung einer umweltfreundlicheren und elektrisierenderen Umgebung jedoch erheblich zugenommen. Lithium-Ionen-Batterien gelten als die leistungsstärkste Energiequelle, um dieses „grüne“ Projekt voranzutreiben.

Es wird jedoch noch geforscht, um bessere Versionen dieser Zellen zu entwickeln, da sie noch nicht ganz vorhanden sind. Es wurde theoretisch nachgewiesen, dass Lithium-Luft-Batterien größere Energiedichten tragen als normale Lithium-Ionen-Zellen. Sie haben auch ein bemerkenswertes Potenzial gezeigt, die zuverlässigste Energiequelle der Zukunft zu sein, die den CO2-Fußabdruck auf der Erdoberfläche erheblich reduzieren könnte.

3,2 V 20 A Niedertemperatur-LiFePO4-Batteriezelle -40 ℃ 3 C Entladekapazität ≥ 70 % Ladetemperatur: -20 ~ 45 ℃ Entladetemperatur : -40 ~ + 55 ℃ Akupunkturtest bestehen -40 ℃ maximale Entladerate: 3 C

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Hat die Lithium-Luft-Batterietechnologie Durchbrüche?

Seit Jahren versuchen Wissenschaftler, eine leistungsstärkere, stabilere, umweltfreundlichere und langlebigere Batterie zu entwickeln, die jede andere Lithium-Ionen-Batterie überwiegen kann. 1995 wurde die bemerkenswerte Lithium-Luft-Batterie entdeckt. Es ist bekannt, dass die Batterie im Vergleich zu normalen Lithium-Ionen-Batterien eine größere Energiedichte aufweist und außerdem stabiler ist, wodurch sie für jede Anwendung sicherer wird. Lithium-Luft-Batterien haben in ihren Anwendungen verschiedene Durchbrüche erzielt, wie zum Beispiel:

Fahrzeuge

Das Interesse an der Verwendung von Lithium-Luft-Batterien bei der Herstellung von Elektrofahrzeugen hat zugenommen. Da diese Batterien eine theoretisch hohe spezifische s sowie volumetrische Energiedichte haben, ist diese viel größer als die von Benzin. Elektromotoren, die diese Batterien verwenden, bieten einen größeren Wirkungsgrad von etwa 95%, was mehr als die 30% eines Verbrennungsmotors ist. Lithium-Luft-Batterien können einen Batteriepack von etwa einem Drittel der Größe von Standard-Kraftstofftanks in Fahrzeugen produzieren.

Grid-Backups

Normalerweise gehen beim Laden der Batterie etwa 20% der von Solarzellen erzeugten Energie verloren. Die Einführung einer hybriden Solarzellenbatterie hat daher die Möglichkeit für den Einsatz von Lithium-Luft-Batterien eröffnet. Dies liegt daran, dass der Hybrid 100% der erzeugten Energie speichert.

Wie funktioniert eine Lithium-Luft-Batterie?

Lithium-Luft-Batterien werden als Metall-Luft-Zellen charakterisiert. Im Detail sind dies Batterien, die aus einer Anodenelektrode auf Metallbasis und einer Kathodenluftelektrode bestehen. Die Elektroden sind so ausgelegt, dass sie der Luft ständig Sauerstoff entziehen.

Die Batterien haben das gleiche Funktionsprinzip wie allgemeine Lithium-Ionen-Batterien. Die Lithiumionen bewegen sich zwischen den beiden Elektroden über den Elektrolyten. Während der Entladung folgen die Elektronen dem externen Stromkreis, während sich die Lithiumionen zur Kathode bewegen. Wenn es um Ladeperioden geht, bewegen sich die Lithiumionen auf die Anode und setzen dabei Sauerstoff frei. Dieses Prinzip gilt sowohl für wässrige als auch für nichtwässrige Lithium-Luft-Batterien. Die wässrigen Lithium-Luft-Batterien benötigen jedoch eine Schutzschicht auf der negativen Elektrode, um zu verhindern, dass das Lithiummetall mit dem vorhandenen Wasser reagiert.

Anode

Die Anode besteht typischerweise aus Lithiummetall. Hier zwingt das elektrochemische Potential Lithiummetall, durch Oxidation Elektronen abzugeben. Dies schließt den Sauerstoff an der Kathode aus. Es gibt jedoch einige Herausforderungen, die an der Anode gestellt werden. Das Verhindern, dass die Anode mit dem Elektrolyten reagiert, ist ein Hauptproblem, da das dortige Lithiummetall dendritische Lithiumablagerungen riskiert und dies die Energiekapazität verringern oder sogar Kurzschlüsse verursachen kann.

Hohe Energiedichte bei niedriger Temperatur Robuster Laptop-Polymer-Akku Batteriespezifikation: 11,1 V 7800 mAh -40℃ 0,2C Entladekapazität ≥80% Staubdicht, sturzsicher, korrosionsbeständig, elektromagnetische Interferenz

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Kathode

Während des Ladens an der Kathode gibt Sauerstoff durch Reduktion einen Teil seiner Elektronen an das Lithium ab. Die Kathode besteht aus einem mesoporösen Kohlenstoff mit Metakatalysatoren, die verwendet werden, um die Reduktionsrate zu erhöhen und die spezifische Kapazität der Elektrode zu erhöhen. Normalerweise dienen Mangan, Silber, Kobalt, Ruthenium, Platin oder eine Kombination aus Mangan und Kobalt als am besten geeignete Katalysatoren.

Es gibt auch einige Mängel an der Kathode. Während es üblich ist, dort Luftsauerstoff zu finden, der keinen Einfluss auf die Elektrode hat, können Verunreinigungen wie Wasserdampf diese beschädigen. Auch Fälle unvollständiger Entladung aufgrund der Blockierung der porösen Kohlenstoffkathode mit Lithiumperoxid sind eine weitere wichtige Einschränkung. Die Leistung von Lithium-Luft-Batterien wird normalerweise dadurch begrenzt, wie effizient die Reaktion an der Kathode ist. Dies liegt daran, dass die meisten Spannungsabfälle dazu neigen, an der Kathode aufzutreten.

Elektrolyt

Wie jede andere Batterie benötigen Lithium-Luft-Zellen einen Elektrolyten für die Bewegung von Ionen und Elektronen. Bei diesen Batterien werden jedoch vier verschiedene Versionen von Elektrolyten verwendet. Dazu gehören wässrige saure, wässrige alkalische, nichtwässrige protische sowie aprotische.

Was sind die spezifischen Eigenschaften einer Lithium-Luft-Batterie?

Die höchste spezifische Energie, die für Lithium-Ionen-Batterien angegeben wird, beträgt 362 Wh / kg, und obwohl sie viel höher sein kann als die von Lithium-Ionen-Batterien, erreicht sie tendenziell nur etwa 20% des erwarteten praktischen Wertes. Lithium-Ionen tragen etwa 180 Wh / kg spezifische Energie und dies ist viel niedriger als bei Lithium-Luft-Batterien. Lithium-Luft-Batterien haben auch eine spezifische Leistung von etwa 0,46 mW / g.

Letzte Worte

Obwohl sich Lithium-Luft-Batterien in vielen Bereichen als besser als Lithium-Ionen-Zellen erwiesen haben, wurden sie in größeren Anwendungen noch nicht angepasst. Dies liegt daran, dass die Fähigkeiten der Batterie hauptsächlich theoretischer Natur sind und daher mehr Forschung und Experimente durchgeführt werden müssen. Die Zukunft von Lithium-Ionen-Batterien sieht jedoch vielversprechend aus, denn um eine „Go Green“ -Welt zu erreichen, müssten wir solche Batterien in unserer Entwicklung anpassen.