Breve descripción del efecto del almacenamiento de iones de litio en la densidad energética de las baterías de iones de litio

Aquellas empresas que convencieron a principios de año cómo lograr a fin de año, estén retrocediendo o no; aquellas empresas que han logrado resultados fructíferos en la moda "dorada" de las baterías de litio han olvidado su dependencia original después de arrepentirse de los repentinos cambios de política. Independientemente de cuán turbulento este año, las personas que usan baterías de litio tienen que admitir que 2017 es realmente emocionante.

En este año, el efecto Matthew del mercado para las empresas líderes se ha vuelto más prominente y ha comenzado la eliminación de las pequeñas y medianas empresas. En este año, la cooperación entre las compañías eléctricas y las automotrices se ha profundizado aún más, y la integración de las dos partes se ha convertido en el consenso de la industria; El capital está más grabado en la industria. Ya se trate de fusiones y adquisiciones o de OPI, el capital se ha convertido en una opción esencial para las empresas eléctricas.

Desde un punto de vista técnico, 2017 se considera un primer año. A partir del padre de la batería de litio, John Goodnorf, las principales empresas e instituciones de investigación han mostrado espadas sucesivamente en el campo de batalla de las "baterías de estado sólido", de 2017 al primer año de baterías de estado sólido; BMW, Daimler, GM, Volkswagen, Toyota, Honda Los principales fabricantes de automóviles como Hyundai y otros han anunciado el progreso de los vehículos de pila de combustible, y 2017 es el primer año de pilas de combustible. El mercado ternario supuso el adelantamiento del fosfato de hierro y litio. BYD, que se adhiere al fosfato de hierro y litio, anunció que el próximo año, los vehículos eléctricos puros se convertirán 2017 en el primer año de batería ternaria.

Hay demasiadas cosas que vale la pena decir en 2017, pero lo que quiero enfatizar es que para las baterías eléctricas, las baterías de litio son siempre la ruta de la tecnología principal y no serán reemplazadas durante al menos algunas décadas. Entre ellos, el objetivo a corto plazo de la tecnología de baterías de litio es lograr 300wh / kg a través de un electrodo positivo ternario con alto contenido de níquel y un electrodo negativo de silicio-carbono; el objetivo a medio plazo (2025) se basa en un electrodo negativo de Si-C de alta capacidad / basado en manganeso rico en litio para alcanzar el monómero 400 wh / kg; El período es desarrollar baterías de litio-azufre y litio-aire para lograr una energía específica de monómero de 500wh / kg.

Por supuesto, este objetivo a largo plazo aún no se ha discutido, y el desarrollo de la ciencia a menudo es inesperado, especialmente en la industria con un amplio espectro de baterías de litio, pero su problema central es resolver la densidad de energía, la densidad de potencia y la seguridad.

Echemos un vistazo a algunas de las nuevas tecnologías y eventos en la industria de las baterías de litio esta semana.

1. Los nuevos catalizadores de pila de combustible reducen significativamente los costos de producción de hidrógeno

Según sitios web extranjeros, un equipo de investigación de la Universidad de California, Santa Bárbara (UCSB) ha explorado un nuevo método para producir hidrógeno a partir de metano, que es más barato que las tecnologías anteriores y también evita la generación de gases de efecto invernadero (como el dióxido de carbono).

El equipo de UCSB estudió el uso de metal fundido y sales fundidas como un nuevo sistema catalítico. Los experimentos han demostrado que diferentes combinaciones de metales en aleaciones fundidas pueden mejorar su actividad catalítica, convirtiendo el metano en hidrógeno y carbono sólido. Los investigadores han desarrollado un método de un solo paso mediante el cual el metano se puede convertir en hidrógeno, que es más simple, más barato que los métodos SMR convencionales, y los subproductos son carbono sólido para un almacenamiento conveniente.

Los investigadores introdujeron gas metano en el fondo de un reactor de metal fundido catalíticamente activo. A medida que las burbujas suben, el catalizador de la pared del recipiente molecular de metano entra en contacto para formar carbono e hidrógeno. Cuando la burbuja de metano llega a la parte superior del recipiente, se descompone en hidrógeno y se libera desde la parte superior del reactor. Los sólidos de carbono que flotan sobre el metal líquido también se pueden separar fácilmente.

La superficie de la aleación de metal fundido no se desactiva por la acumulación de carbono en comparación con el método convencional de confiar en la reacción que se produce en la superficie sólida, y puede reutilizarse indefinidamente. El producto de reacción se separa del sistema de reacción a tiempo para promover la reacción, y el proceso se puede operar a alta presión en principio, de modo que la tasa de conversión de metano sea alta.

Comentarios: La industrialización actual de las pilas de combustible aún no es grande y la demanda de hidrógeno no es fuerte. Por lo tanto, esta tecnología de reformado de metano a vapor (SMR), que se comercializa desde hace décadas, no es fría. Después de todo, SMR no solo consume mucha energía, también produce dióxido de carbono. Sin embargo, con la actualización de la tecnología de pilas de combustible, una vez que se realice la aplicación de la escala, el valor de este nuevo tipo de catalizador se reflejará en múltiplos geométricos.

2. El nuevo separador de baterías de litio compuesto puede almacenar iones de litio

Los investigadores del profesor Leif Nyholm y Wang Zhaohui de la Universidad de Uppsala en Suecia sintetizaron con éxito separadores de baterías de iones de litio compuestos activos Redox utilizando un método de fabricación de papel simple y económico, transformando creativamente la capa de membrana inerte en iones de litio. La capacidad de almacenamiento de la capa de material polímero conductor aumenta efectivamente la densidad de energía de la batería de iones de litio.

La idea central es convertir el diafragma grueso tradicional en un diafragma de doble capa (Separador activo Redox) que consta de una capa aislante delgada y una capa activa gruesa para aumentar la densidad de capacidad de la batería de iones de litio.

La fina capa aislante en el separador activo Redox está compuesta de fibras de nanocelulosa (NCF: fibras de nanocelulosa), y la capa activa gruesa está compuesta de fibras de nanocelulosa y un compuesto de polímero conductivo polipirrol (PPy: polipirrol). En el diseño, la capa de PPy debe colocarse contra el electrodo positivo de la batería, porque el material PPy electroquímicamente activo puede proporcionar a la batería una capacidad diferente al material del electrodo positivo a través del mecanismo de desintercalación de aniones cuando la batería está en funcionamiento.

Comentarios: En teoría, el almacenamiento de iones de litio a través del diafragma puede aumentar enormemente la densidad de energía. Sin embargo, hay muchas formas de aumentar la densidad de energía. Es difícil decir si el nuevo diafragma tiene la función básica del diafragma tradicional además de almacenar iones de litio. Si la existencia del diafragma afectará al electrolito es la falta de una gran cantidad de experimentos. Lo más importante es si se puede lograr la producción en masa. Si no, el significado de este diafragma desaparecerá.

3. Los investigadores de ASU utilizan cerámica en lugar de electrolitos para resolver los problemas de seguridad de las baterías de litio.

Los expertos de la Universidad Estatal de Arizona han resuelto un gran problema y la batería del futuro se convertirá en una pequeña pieza electrónica portátil. El equipo de Chan propuso reemplazar la cerámica con electrolitos inflamables. La mayoría de los problemas de seguridad se deben a cortocircuitos. El electrolito se incendia fácilmente y provoca reacciones en cadena como la emisión de gases y la degradación del material.

Los investigadores ahora están utilizando materiales sólidos más estables para reemplazar los electrolitos y mantener su alta conductividad iónica. El desafío ahora es que muchos electrolitos sólidos son frágiles, y el equipo está explorando la fusión de nanomateriales cerámicos conductores de iones de litio con polímeros para lograr el electrolito sólido deseado y garantizar buenas propiedades mecánicas y alta conductividad iónica de litio y seguridad mejorada.

Comentarios: Las baterías de estado sólido no son nada nuevo y los electrolitos cerámicos de estado sólido ni siquiera se clasifican en muchas rutas técnicas de las baterías de estado sólido. Su rendimiento electroquímico superior limita sus escenarios de aplicación. En el campo de la telefonía móvil digital y así sucesivamente, por supuesto, su dificultad de aplicación también es menor que la dirección de investigación de electrolitos sólidos como sulfuros y óxidos. Sin embargo, en general, las baterías cerámicas de estado sólido deben aplicarse a los consumidores en tiempo real.

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