Lithium - Luft-Batterie Alter Wird Es Kommen?

- Jul 25, 2017-

Mit der Entwicklung der Gesellschaft Wissenschaft und Technologie, sind die Grundbedürfnisse der Menschen von der Unterstützung der Energie untrennbar miteinander verbunden. Anda boleh menggunakan Gegenstände dengan Mobiltelefone dan Laptop-Computern, yang digunakan untuk mengendalikan, menggunakan komputer anda untuk menghidupkan komputer anda. Obwohl Rohöl dan tradisi Energie dengan pengertian yang lebih baik daripada yang lain, yang tidak dapat diturunkan oleh Umgebung (yang diketuai oleh Kohlendioxid-Emissionen) dan daripada Reihe oleh Unzulänglichkeiten worden, yang bermaksud bahawa Gesellschaft kann das Masalah tidak diketahui. Unduh Energiequellen wie Sonne, Wind, usw, obwohl ein großes Potenzial hat, aber wegen seiner Verwendung der Zeitabhängigkeit der Umwelt ist stark, und deshalb müssen auch weiterhin für einige der Funktionen der elektronischen Vorrichtung (wie ein Auto, etc.) zu qualifizieren bleibt eine Herausforderung. Jadi, Unterstützung dieser Kräfte zu erreichen auf elektronischen Speichermedien angewiesen wird verbessert, die auf verschiedene Bereiche angewandt wird, mit unterschiedlicher Größe der Batterie.


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Dalam keadaan ini, orang-orang yang berumur di Wissenschaftler eine große Anzahl von Batterien untersucht, wie Alkali-Batterien (wie Fe / Ni-Batterie und Zn / Mn-Batterie), eine herkömmliche Blei-Säure-Batterie, eine Lithium-Schwefel-Batterie, viel Aufmerksamkeit und Lithium-Ionen-Batterien. Im Vergleich zu anderen Batterien, Lithium-Ionen-Batterien haben, um Menschen aller Altersgruppen der Lage gewesen, weil es eine große spezifische Energie, ho Betriebsspannung, lange Lebensdauer, geringe Selbstentladung und keine Memory-Grün, etc. werden in Mobiltelefonen weit verbreitet und Notebook-Computer, yang boleh digunakan untuk penggambaran Generation-Plug-in-Hybriden dan Elektrofahrzeuge.

Eine Lithium-Ionen-Batterie, die ein ähnlichen Schaukelstuhl arbeitet, Li + Ladungs-Entladungs-Prozess hin und his zwischen positiven und negativer Verwendung schüttelt von Seite zu Seite, um den Hin- und Zyklus der Ladungsentladung der Batterie. Aufgrund einer Vielzahl von unterschiedlichen Materialien für elektrochemische Energiespeichersysteme und Design, sind technische Indikatoren auch anders. Japans Tenaga Baru dan Pertubuhan Pembangunan Teknologi Perindustrian (NEDO) von Li-EAD tumbuhan, Echineering-Batterieanzeige zur Einrichtung im Jahr 2030 700Wh / kg erreicht. Derzeit Lithium-Ionen-Batterien kann das Ziel nicht erreichen, während ein Lithium - theoretische Energiedichte Luft-Batterien berechnet wurde, kan 12000Wh / kg erreichen überschritten das Ziel NEDO vorgeschlagen. Bevor wir auf Lithium-Luft-Batterie erarbeiten, lassen Sie uns kurz Lithium-Ionen-Akku einführen.

Prinzipien einer Lithium-Ionen-Batterie 1500869980861001393.jpg

Eine Lithiumionen-Batterie besteht aus drei Teilen: Elektrode positif Elektrode (gewöhnlich Lithiumkobaltoxid und Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Verbindung, Lithiummanganat mit Spinellstruktur, Lithiumeisenphosphat aus Olivin-Struktur, mit Einer geschichteten Struktur), die Elektrode Schicht) dan Elektrolyt, yang akan digunakan oleh Redoxreaktion dalam keadaan positif dan negatif Elektrolyt-Ionentransport als Übertragungsmedium auftritt. Jika anda tidak mempunyai kuasa, Lithium-Ionen dalam kuasa Elektrik dan Elektrik di Elektrolyten Elektrolyten adalah Elektroda positif, Elektrode Elektrode tidak mempunyai kuasa Elektronik yang dikendalikan oleh Elektroda oleh Elektrode (yang tidak diperlukan oleh Pentadbir Google). Di dalamnya, Elektronentransport von der Kathode zur Anode Prozess funktionieren wird, di mana ia berfungsi dengan baik, dengan elektronische Vorrichtung mit Strom zu versorgen, die Arbeit zu unterstützen. Wie der Nama schon sagt, ist der Ladevorgang der umgekehrte Vorgang des Entladevorgangs.

Die Haupteinschränkung der Lithium-Ionen-Batterie

Faktor-faktor ini mempunyai litium-Ionen, suhu yang tinggi, dan Ladang und Entladung, yang mana bahan-bahan Kapazität des Materials und der Energiedichte. Wobei die theoretische Kapazität und Energiedichte sind zwei Hauptaspekte der Lithium-Ionen-Batterie zu begrenzen. Hier zunächst wir ein wichtiges Konzept - Energiedichte (Energiedichte). Energiedichte, pada masa yang sama, adalah salah satu daripada Energie yang berpengalaman, yang dipanggil Erklärung der Größe der gespeicherten Energie dalam bentuk terbaik dalam Raum oder Materialqualität, yang diterbitkan oleh Punkt, yang diterbitkan oleh Volumeneinheit oder Einheit der Energie bezieht. Di dalam Batterieindustrie, kita akan melihatnya, dengan Basisgewicht der Speicherbatterieleistung zu vergleichen. Bestehenden kommerziellen Batterien wie beispielsweise eine relativ hohe Energiedichte Lithium-Ionen-Akku, dessen Energiedichte von etwa 500Wh / kg, wie zuvor beschrieben, ist die nicht ausreichend ist, Benzin Energiedichte (Energiedichte von etwa 13 000Wh / kg) zu ersetzen, verwendet, Kraftfahrzeug zu implementieren reine Elektrotechnologie.

Kein Schaden keinen Vergleich, herkömmliche Lithium-Ionen-Batterie Energiedichte (0,05-0,1 kWh / kg), dengan einer Energiedichte von nur Benzinauto (13 kwh / kg, Chevrolet Volt) weniger als 1%! Im Vergleich zu herkömmlichen Energiequellen so ineffizient Lithium-Ionen-Batterie Warum ist es so Menschen altergruppen und Anerkennung davon?

Diese Struktur Rede von einem Lithium-Ionen-Akku. Anda pasti akan mendapat perhatian dalam laman web ini, di dalam gambar 1, dan tidak dapat diselesaikan dengan baik. Zum Beispiel Flockten einig negativ, einige positiven Rahmen blaue Ziegel, aber diese nicht der Punkt, es ist nur der Autor will unterschiedliches konstituierendes positives und negatives Material darzustellen. Aber sie gemeinsam haben, ist die grünen Bohnen Lithium-Ionen-geordneten Warteschlange befinden. Sedang, Pemindahan Migrasi dilakukan dengan Elektrolyten yang dikalahkan Elektrode während der Lithiumionen, Lithiumionen mit einigen der früheren Ankunft fusionieren. Wenn nicht die Schichtstruktur, werden die Lithiumionen an erster Stelle zunächst eine Kristallstruktur berkhidmat bilden, Dendriten akademische genannt. Diese Kristalle wachsen schneller als die positif und negative Unicom, die gesamte Batterie von internen Kurzschlüssen. Beliebte Gespräch wie wir alle am Eingang stoppen weigerte sich, die Ergebnisse einer großen Stau durch lange Leitungen verursacht zu geben. Positif dan negatif Elektroden ist eine geschichtete Struktur, die geordnete Speicherung dieser Funktionen zu unterschiedlichen Ankunftszeiten von Lithiumionen, wie Park spielt. Contohnya dengan Schichtstruktur dengan positif dan tidak dapat dikalahkan (Gambar 2) untuk mengatasi Batterie. Aber das Anodenmaterial und Elektrolyt und die Entladung von Energie nicht während der Abgabestelle verabreicht. Deshalb ist die Belastung für die Gesamtenergiedichte der Batterie.

Geordnete Schichtstruktur kan Lithium-Ionen speichern, Dendrit-Bildung zu verhindern.

Wirkung der Lithium-Ionen-Batterie Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Kapazität des Elektrodenmaterials selbst ist, wird darauf hingewiesen, dass ein wichtiger Teil der positiven Elektrode aus Lithium-Ionen-Batterie, sein Leistung weitgehend die ultimative Leistung der Batterie, Lithium-Ionen- Batterien dalam masa yang paling sesuai dengan perkembangan teknologi Fortschritten di Zusammenhang dan Technologie, dalam bentuk bahan bacaan. Kann zum praktischen Anwendung bekannten Kathodenmaterialien umfasst Lithiumcobaltat und eine Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Verbindung, Lithiummanganat mit Spinellstruktur, Lithiumeisenphosphat aus Olivin-Struktur der Schichtstruktur gesetzt werden. Doch diterbitkan oleh global Nachfrage am Markt untuk Elektrofahrzeuge, Lithium-Ionen-Batterie-Entwicklung yang diketuai oleh Liegt seine Entwicklung Engpass, yang berpengalaman positif Elektrodenmaterial Ladungs-und Entladungskapazität zu erhöhen, daripada Energiedichte, telah Ladungs ​​gerecht zu werden und Kraft entladen Anforderungen . Menerima pelawat daripada Kohlenstoffanodenmaterialien verglichen (yang dikenali sebagai Kapazität dari 330-360 mAh / g), yang dikenali sebagai Kapazität dari Elektrode dalam Gebrauch nur 120 bis Bahan yang mengandungi 250 mAh / zwischen g, bleibt der Wert viel niedriger die Kapazität des negativen Elektrodenmaterials, die relativ niedrige spezifische Kapazität / Energiedichte Kathodenmaterialien der vorliegenden Situation ist es der wichtigste Faktor die Vorwärts Lithium-Ionen-Batterie zu beschränken. Zweitens ist die Materialkosten der positiven Elektrode ist ein wichtiger Faktor für die Hochleistungs-Lithium-Ionen-Batterie entwickelt, zu beeinflussen. Im allgemeinen erfordert die Herstellung der positiven Elektrodenmaterialien, die Verwendung von großen Mengen von seltenen Übergangsmetallen (wi Kobalt, Nikel, dan lain-lain). Auf der einen Seite, Kobalt, Nickel und anderen Metallreserven sind begrenzt Ressourcen auf der Erde, ist der nicht geeignet für großflächige Bergbau und der Einsatz von übermäßigem Verbrauch (im Gegensatz zur nationalen Strategie für eine nachhaltige Entwicklung), andererseits die Verwendung der Herstellungskosten von seltenen Metalisementen erheben sie die Batterie ist in der Zukunft hochleistungsfähigen Groß Popularisierung einer Lithiumionen-Batterie verwendet wird (beispielsweise auf dem Gebiet der praktischen Anwendung der Energiespeicherstation, etc.) nicht förderlich. Darüber hinaus wäre die umfangreiche Verwendung von Schwermetallen im Boden Kobalt, Nickel, Mangan, Wasser und andere Umgebungen haben einen größeren Schaden, und von Menschen, Tiere und Pflanzen stellen eine ernsthafte Bedrohung.

Lösungen

Allerdings ist das Verfahren besser als mehr Probleme, um weiter die Energiedichte wiederaufladbare Batterien zu verbessern, um das Gewicht der Batterie verringert ein Durchbruch worden. Während vorübergehend nicht in der Lage, ein Material mit höherer Energie als Lithium-Metall-Masse-Verhältnis zu finden, aber wir können eine ganze Batterie von dünnem Gewichtsverlust geben, wodurch die Gesamtenergiedichte der Batterie zu verbessern. Lithium ist das repräsentativste - die Luft-Batterie. Lithium - theoretische Dichte Luft-Batterie Energie berurutan 12000Wh / kg zu erreichen, yang akan digunakan untuk menghidupkan energiedichte vergleichbar dengan Benzin wird erwartet, vollständig zu Benzin, reine Elektrofahrzeuge echten lange Reise (Rajah 3) zu ersetzen.


Figur 3: Vergleich zwischen verschiedenen Arten von Batterien.

Adakah ist Lithium - Luft-Batterie?

die herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien, als Kathodenmaterial eines Übergangsmetalloxid verschiedenes, Lithium Einfach ausgedrückt, - Luft-Batterie unter Verwendung von metallischem Lithium als Elektrode zu Sauerstoff in der Luft, als die Kathodenreaktand Batterie. Anstelle von Graphit, metallischem Lithium als Elektrode aus metallischem Lithium Vorteile (3860 mAh · g-1) hat cepat die 10-face das spezifische Volumen des Graphites (372 mAh · g-1) bis (spezifische Kapazität). Wie alle Batterien, Lithium - Luft-Batterien sind der Grund drei Teile: eine Elektrode positif, eine Elektrode negatif, ein Elektrolyt, eine elektronische leitende Routing Fremd Drahtverbindung ist die Kommunikationsschaltung durch die Elektrolytionen übertragen. Sein Arbeitsprinzip di Abbildung 4:


Gambar 4: Lithium - schematische Darstellung einer Luftbatterie.

Lithium - Luft-Batterien Lithium-Metall-negative Elektrode, yang dihasilkan oleh Kohlenstoff yang berpusatkan Elektrodenmaterial für die Elektrode positif. Lantas, litium Lithium di Elektrode diketuai oleh Lithiumionen Elektronen verlieren, yang dihasilkan oleh Elektron yang diketuai oleh pengilang yang dikeluarkan oleh Schode, dari Reduition oleh Sauerstoff di der Luft, yang diluluskan oleh Lithiumionen Elektrolyten dan Elektrode positif Elektrode Sauerstoffgas yang dihasilkan oleh Elektronen Lithiumperoxid (Li2O2) (Hauptprodukt). Diese Reaktion, yang mana Batterie Energie an die Last liefern. Di samping itu, terdapat banyak syarikat penerbangan, yang mana syarikat penerbangan yang beroperasi di luar negara mempunyai kelebihan Elektrode oxidiert, Sauerstoff mempunyai kuasa besar, dengan Lithiumionen di Elektrode untuk Lithiummetall reduziert.

Da das negatif Elektrodenmaterial ein poröses Kohlenstoffmaterial ist sehr leicht, und Sauerstoff aus der Umgebung zu erhalten, und deshalb Lithium - abhängig vom Gewicht des Luft-Batterie-Elektrolyten und das Kathodenmaterial. High School Lithium reduzieren - Luft-Batterien im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien und haben daher eine höhere Energiedichte.

Pengelasan bateri litium - udara

Bahan anod bateri litium adalah litium logam, katod dapat melewati bahan berasaskan karbon berliang O2, kita biasanya mengikut elektrolit akan menjadi bateri litium yang berlainan menjadi empat kategori: bateri litium aprotik, sistem air litium - Bateri udara, bateri lithium-udara dicampur dan bateri lithium-ion pepejal.


Rajah 5: empat jenis rajah struktur bateri litium - udara.

Lithium Aprotik - bateri udara:

Bateri lithium-udara aprotik yang tipikal terdiri daripada anod lithium logam, katod bahan berasaskan karbon berliang dengan zarah pemangkin ditambah, dan elektrolit pelarut aprotik yang larut garam litium. Elektrolit aprotik yang biasa digunakan termasuk karbonat organik, eter, ester, pelarut garam litium dan sejenisnya. Elektrolit Aprotic adalah elektrolit yang paling banyak digunakan, kelebihan keterlarutan oksigen yang tinggi, kakisan kecil litium, struktur bateri mudah, beroperasi, kelemahan adalah bahawa produk pelepasan adalah pepejal, mudah untuk menyekat katod udara, dan lithium oksida sahaja Li2O2 Boleh dipecahkan dalam proses pengecasan, prestasi kitaran bateri kurang baik.

Sistem air litium - bateri udara:

Sistem air Lithium-air bateri terdiri daripada anod logam lithium, elektrolit air dan katod karbon berliang. Air dan elektrolit menggabungkan garam litium yang dibubarkan dalam air. Ia mengelakkan masalah penyumbatan katod kerana produk tindak balas adalah larut dalam air. Berbanding dengan pelarut aprotik, reka bentuk air mempunyai potensi pelepasan yang tinggi. Walau bagaimanapun, logam litium bertindak balas dengan ganas dengan air, jadi reka bentuk air memerlukan antara muka elektrolit pepejal antara litium dan elektrolit.

Sistem campuran litium - bateri udara:

Sistem air - bateri lithium-udara aprotik atau bateri lithium-udara bercampur sistem, percubaan reka bentuknya untuk menggabungkan kelebihan reka bentuk bateri sistem bukan proton dan air. Ciri umum reka bentuk hibrid adalah dua bahagian yang disambungkan oleh filem litium konduktif (sebahagiannya adalah air dan sebahagiannya adalah aprotik). Apabila katod bersentuhan dengan permukaan air, anod bersebelahan dengan akhir aprotik. Seramik konduktif litium biasanya digunakan sebagai filem untuk menyambungkan dua elektrolit.

Litium pepejal - bateri udara:

Bateri litium pepejal semasa menggunakan litium sebagai elektrod negatif, seramik, kaca atau seramik kaca sebagai elektrolit, dan karbon berliang sebagai elektrod positif. Anod dan katod biasanya dipisahkan dari komposit polimer-seramik, menguatkan pemindahan caj pada anod, dan menggabungkan katod dengan elektrolit. Komposit seramik polimer mengurangkan impedans keseluruhan. Reka bentuk bateri keadaan pepejal meningkatkan keselamatan dan menghilangkan kemungkinan pecah pencucuhan, tetapi kelemahannya ialah kebanyakan elektrolit kaca seramik mempunyai kekonduksian yang rendah.

Kelebihan dan kecacatan bateri lithium-udara?

Bateri litium - udara digunakan untuk bidang konsep automotif, seawal tahun 1970 telah dikemukakan, tetapi pada masa pengembangan teknologi bahan, belum menjadi kajian yang mendalam belum mencapai aplikasi komersil. Dengan perkembangan industri kenderaan elektrik dan menaik taraf sains dan teknologi bahan, bateri lithium - udara telah mula menarik perhatian, salah satu sebabnya adalah tenaga teori yang tinggi. Litium dan oksigen (udara) dalam nisbah, secara teorinya boleh membuat bateri elektrokimia mempunyai tenaga yang paling tinggi. Sebenarnya, tenaga teori bateri lithium-ion yang tidak berasas adalah kira-kira 12kWh / Kg, yang setara dengan tenaga petrol teori (13kWh / Kg), jauh lebih tinggi daripada bateri udara zink, bateri lithium-ion, bateri lithium-sulfur ( Rajah 3). Dalam praktiknya, setiap bateri litium udara mempunyai tenaga spesifik sebanyak 1.7 kWh / kg, yang lima kali lebih besar daripada bateri lithium-ion komersil, cukup untuk menjalankan kenderaan elektrik semua-elektrik (FEV) 2 ton, hanya menggunakan 60 kg bateri boleh bergerak sejauh 500 km. 1500869981002075765.jpg

Satu lagi kelebihan penting bateri litium-udara ialah bahan aktif elektrod positif adalah langsung dari udara di sekitarnya dan oleh itu tidak habis-habis untuk kegunaan tidak habis-habis dan tidak perlu disimpan di dalam bateri, dengan itu mengurangkan kos dan mengurangkan berat badan bateri, ketumpatan tenaga bateri bergantung sepenuhnya pada sisi litium logam. Dan dalam cas bateri dan menunaikan keseluruhan proses, tidak akan menghasilkan bahan-bahan yang berbahaya kepada alam, benar-benar sifar pencemaran proses hijau.

Walau bagaimanapun, pembaca berhati-hati harus mengambil perhatian bahawa dalam "bateri" (logam) litium-udara (oksigen) "persekitaran kerja, fungsi sebenar peranan oksigen di udara. Oleh itu, tidak sebaik nama, bateri lithium - udara di persekitaran kerja atau mempunyai beberapa keperluan. Oleh itu, terdapat banyak masalah dengan bateri lithium-udara yang belum diselesaikan: kesan H2O dan CO2 di atmosfera terhadap kesan sampingan, pelepasan produk pelepasan menyebabkan penyumbatan litar udara, pelepasan besar masalah pemangkin yang disebabkan oleh overvoltage, dan elektrod udara Karbon yang berasaskan kakisan cecair. Lebih banyak penyelidikan menunjukkan bahawa atmosfera nitrogen juga tidak bersedia untuk mengambil bahagian dalam tindak balas ini. 1500869981095094233.jpg

Pada masa yang sama, perencatan reaksi pemendakan Li2O2 secara langsung berkaitan dengan kapasiti pelepasan bateri. Satu lagi masalah dengan penipisan Li2O2 adalah bahawa voltan overvoltage besar pada masa pengecasan, yang bukan sahaja mempengaruhi kecekapan penukaran tenaga, tetapi juga menyebabkan pengoksidaan masalah Li2O2.

Ion litium dan keadaan hidup bersama oksigen, potensi bahan karbon meningkat, pembentukan litium karbonat, voltan terlalu tinggi boleh mengakibatkan penguraian elektrolit, jadi elektrod udara mempunyai pelbagai perbincangan. Secara amnya percaya bahawa struktur, komposisi dan aktiviti pemangkin katoda bateri litium udara mempunyai kesan penting ke atas kapasiti khusus dan prestasi kitaran bateri. Sebagai contoh, Bruce et al. Dilaporkan bahawa nanowires α-MnO2 dikompaun dengan karbon, Reversible.

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Dengan kekurangan tenaga yang semakin meningkat seperti minyak dan arang batu dan peningkatan pencemaran alam sekitar, adalah mustahak untuk membangunkan tenaga bersih yang cekap, dan prestasi teoretikal litium udara litium yang unggul pasti akan menjadikan tumpuan penyelidikan saintifik dan aplikasi komersil. Pada masa ini, pelbagai jenis bateri litium-udara mempunyai kelebihan dan kelemahan masing-masing, sama ada disebabkan oleh penyejatan elektrolit fasa cecair atau prestasi pemangkinan konduktor konduktor karbon berliang dan mempengaruhi prestasi bateri, bateri lithium-hawa ingin mencapai aplikasi komersil , Kedudukan pasaran yang kompetitif, mesti menyelesaikan kehidupan kitaran, kecekapan tenaga, membran penapisan udara, perlindungan litium logam dan isu-isu utama yang lain. Kawasan berkaitan pekerja penyelidikan saintifik juga sentiasa berusaha untuk bersama-sama mempromosikan bateri lithium - udara untuk mencapai aplikasi praktikal. Berbanding dengan bateri udara logam tradisional, bateri lithium - udara mempunyai saiz yang lebih kecil, berat lebih ringan, voltan operasi yang lebih tinggi, ciri tenaga khusus yang lebih tinggi, dan dengan demikian dalam bidang tentera, medan, kenderaan elektrik, air dan bidang lain Mempunyai prospek aplikasi yang luas.