El análisis del dilema de la batería de iones de litio

En 2012, el Consejo de Estado promulgó el "Plan de desarrollo para la conservación de energía y la industria de vehículos de nueva energía (2012-2020)", que dejó en claro que el desarrollo de vehículos de nueva energía en China se centrará en los vehículos eléctricos puros con batería de iones de litio ( LIB-EV). En los últimos años, los vehículos eléctricos puros con baterías de iones de litio se han convertido en la corriente principal absoluta de los vehículos de nueva energía en China. Las baterías de iones de litio han unificado el mercado de baterías de energía para vehículos eléctricos en China.

En diciembre de 2014, Toyota, la compañía automotriz más grande del mundo, lanzó oficialmente el primer vehículo eléctrico de celda de combustible producido en serie (PEMFC) Mirai (FC-EV). Después de eso, Honda también dio a conocer su nuevo vehículo de pila de combustible, FCV Clarity, en la segunda mitad de 2015. Desde entonces, Nissan, Hyundai, GM, BMW y VW han lanzado sus propios planes para la industrialización de vehículos eléctricos de pila de combustible en el últimos dos años.

Podemos ver que China y Japón (y de hecho las principales compañías automotrices en Corea del Sur, Europa y EE. UU.) Han elegido diferentes caminos tecnológicos para vehículos eléctricos puros. Ante la realidad de la producción comercial a pequeña escala de los vehículos de pila de combustible Toyota, Honda y Hyundai (FC-EV), lo primero en lo que debemos pensar es por qué China y Japón han optado por diferentes rutas tecnológicas en el desarrollo de vehículos eléctricos puros. ¿O qué tipo de sistema de energía sería más adecuado para vehículos eléctricos puros?

En esencia, las baterías secundarias, incluidas las baterías de iones de litio, son dispositivos de almacenamiento de energía que almacenan y liberan energía eléctrica a través de reacciones electroquímicas reversibles. La pila de combustible (PEMFC) es un dispositivo de producción de energía eléctrica que convierte la energía química del combustible en energía eléctrica a través de una reacción electrocatalítica. Aunque las pilas de combustible también se llaman "baterías" (la razón de la traducción al chino), su modo básico de funcionamiento es algo similar al de los motores de combustión interna, y es esencialmente diferente de las baterías secundarias convencionales. La naturaleza de los dos sistemas de suministro de energía electroquímica es diferente, lo que determinará directamente su diferente posicionamiento a nivel de aplicación.

En la actualidad, China básicamente considera que las baterías de iones de litio son la única opción en la elección de la fuente de energía del vehículo eléctrico (celda de energía). Y la industria nacional del litio también ha sido popular con esta extraña teoría de que "las baterías de iones de litio reemplazarán a otras baterías secundarias" o "las baterías de iones de litio se utilizan ampliamente como baterías universales".

Creo que es necesario aclarar algunos conocimientos básicos sobre las baterías de iones de litio. En opinión del autor, las baterías de iones de litio tienen dos desafíos importantes, lo que dificulta convertirse en la principal fuente de energía de los vehículos grandes y medianos: el dilema de seguridad y el cuello de botella de la densidad energética.

Dilema de seguridad: en primer lugar, lo que quiero enfatizar aquí es que desde el punto de vista termodinámico más básico, el sistema de batería de iones de litio existente es termodinámicamente inestable. La razón por la que puede funcionar de manera estable es que la película de pasivación en las superficies positiva y negativa está aislada dinámicamente de la reacción posterior de los materiales positivos y negativos altamente activos con el electrolito, y la fuga térmica causada por varios factores es la destrucción del Superficies positivas y negativas. La razón más directa de la película de pasivación, esta pregunta científica será crucial para una comprensión objetiva de la seguridad de las baterías de iones de litio.

Cualquier batería secundaria comercial necesita medidas eficaces contra la sobrecarga para garantizar que la batería alcance el estado de carga completa y evitar los problemas de seguridad causados por una sobrecarga incorrecta. Ya sea un sistema de agua o una batería secundaria orgánica, la seguridad de la carga se basa en el principio básico de capacidad límite positiva (exceso de capacidad negativo). Si esta premisa desaparece, la consecuencia de la sobrecarga es que la batería secundaria del sistema de agua produce hidrógeno, y para las baterías de iones de litio es la cromatografía de litio negativa.

Sin embargo, varias baterías secundarias de agua pueden utilizar eficazmente la reacción de descomposición del agua para utilizar el principio del "ciclo del oxígeno" para lograr la protección contra sobrecargas. Aunque las baterías secundarias de agua limitan su aumento adicional en la densidad de energía debido al voltaje de descomposición del agua, es importante recordar que el agua también proporciona una solución anti-sobrecarga casi perfecta e insustituible para las baterías secundarias de agua. En las baterías de iones de litio, una vez que el electrodo negativo precipita el litio metálico de alta actividad, inevitablemente surgirán problemas de seguridad porque el litio metálico no se puede eliminar dentro de la batería.

Por lo tanto, en cierto sentido, las baterías de iones de litio en la seguridad del problema no es una solución. Mediante la aplicación integral de algunas medidas técnicas, como la tecnología de control térmico (electrodo PTC), revestimientos cerámicos de superficies positivas y negativas, aditivos de protección contra sobrecargas, diafragma sensible al voltaje y electrolitos retardadores de llama, la seguridad de la electricidad de litio se puede mejorar de manera efectiva. Sin embargo, estas medidas no pueden resolver fundamentalmente el problema de la seguridad de la electricidad de litio, porque la electricidad de litio es un sistema termodinámicamente inestable.

Por otro lado, estas medidas no solo aumentan el costo, sino que también reducen la densidad energética de la batería. Limitar la capacidad del núcleo de monómero de la celda de potencia sigue siendo una medida necesaria para facilitar la seguridad. Lo que quiero enfatizar aquí es que BMS no puede resolver el problema de la seguridad de las celdas de energía de iones de litio. Esto está determinado por el principio de funcionamiento básico de BMS.

Si consideramos los factores anteriores, entenderemos que la "seguridad" de la electricidad de litio es solo relativa. En los últimos años, la industria nacional de iones de litio se ha llenado de la idea de que las baterías de iones de litio unificarán los ríos y lagos y reemplazarán a otras baterías secundarias. Este argumento es sin duda ridículo desde el punto de vista de la seguridad.

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