Cómo seleccionar la tecnología de batería de litio más confiable

En los últimos años, los vehículos eléctricos y las nuevas energías se han convertido en una importante dirección de desarrollo en China, y las baterías pueden considerarse la tecnología principal en este campo. Al mismo tiempo, hay muchas novedades en el mercado relacionadas con las baterías. La noticia de que "X minutos X segundos está completamente cargada y la duración de la batería es de 1000 kilómetros" asombra al público. Sin embargo, desde una perspectiva profesional, debemos tener cuidado con estas novedades.

Aunque la tecnología de las baterías ha mejorado en los últimos años, su rendimiento parece estar lejos de las expectativas del público: la capacidad de la batería de potencia utilizada en los vehículos eléctricos ha aumentado, pero su kilometraje no es satisfactorio; En el lado de los teléfonos móviles, Samsung solo aumentó moderadamente la densidad de energía de la batería, junto con algunos problemas de administración y diseño, el NOTA 7 sufrió de "Waterloo". Aunque las baterías se han convertido en un punto caliente en la sociedad, debemos darnos cuenta racionalmente de que aunque hay muchas posibilidades de progreso de las baterías, no es fácil elegir un camino viable y pasarlo (industrialización al servicio de la sociedad). Porque la elección y la investigación y el desarrollo requieren mucho esfuerzo. Por lo tanto, para la industria actual de baterías de litio y las expectativas de la comunidad en general: la expectativa del público de un funcionamiento rápido lo antes posible es comprensible, pero no es deseable en la práctica de la industria. Por lo tanto, es muy importante seleccionar y evaluar cuidadosamente la tecnología de la batería de litio.

Es bien sabido que las baterías de iones de litio tienen un buen rendimiento integral y son la fuerza principal en la electrónica de consumo, los vehículos eléctricos e incluso las industrias de almacenamiento de energía. En los últimos años, las expectativas sociales y profesionales para ellos también han sido altas. En la actualidad, existe una variedad de tecnologías de baterías de litio en el mercado, que hasta cierto punto han atraído enormemente la atención de inversores y gobiernos locales. Sin embargo, vale la pena señalar que estas tecnologías generalmente se mezclan, y no faltan las siguientes situaciones: Algunos empaques son muy buenos, pero la tecnología avanzada real es un gran signo de interrogación.

En este contexto, el autor introduce los conocimientos básicos de cribado de baterías de iones de litio para realizar divulgación científica y divulgativa del conocimiento al público en general.

¿Qué es una batería de iones de litio? ¿Como funciona?

Una batería de iones de litio es una batería secundaria (una batería que se puede cargar y descargar repetidamente) y se basa principalmente en los iones de litio que se mueven entre el electrodo positivo y el negativo para funcionar. Durante la carga y descarga, Li + (iones de litio) se intercala y desintercala entre los dos electrodos porque los iones de litio almacenan energía en los materiales positivos y negativos, y la diferencia de energía es la cantidad de batería de litio que se puede almacenar / liberar. Cuando se carga, Li + se desintercala del electrodo positivo, incrustado en el electrodo negativo a través del electrolito, el electrodo negativo está en un estado rico en litio y el electrodo positivo está en un estado desitiado; La siguiente figura es un diagrama esquemático típico del funcionamiento de una batería de iones de litio. El sistema de reacción utilizado es el ánodo cátodo-grafito de cobaltato de litio más clásico.

Debido a las limitaciones de la naturaleza del cuerpo del material, durante el proceso de reacción positiva, el ácido de litio y cobalto generalmente solo puede eliminar 0,5 iones de litio, y más que eso conducirá al colapso y daño estructural. Por lo tanto, la capacidad teórica del ácido de litio y cobalto es generalmente limitada. Solo alrededor de 140 mAh / g, la densidad teórica del grafito negativo es de 360 mAh / g. Además, el voltaje promedio de descarga de ácido de cobalto de litio es de 3.7 V (de hecho, cae gradualmente desde el voltaje máximo cargado de 4.2 a aproximadamente 3V, 3.7 es el promedio), y al mismo tiempo, considerando el muy bajo valor potencial negativo del grafito, y la proporción de varios otros componentes en la batería, y finalmente podemos obtener la batería de litio (por ejemplo, teléfono móvil) con una densidad de energía de aproximadamente 160 Wh / kg.

La densidad de energía es el parámetro central más básico para varias baterías y debe y debe ser información abierta y transparente. Sin embargo, en las baterías de iones de litio de uso común, debido a los diferentes materiales y sistemas técnicos, la densidad de energía puede variar desde varias decenas (como el titanato de litio) hasta aproximadamente 200 Wh / kg. Una vez que este valor es extremadamente alto (o extremadamente bajo), vale la pena enfocarse en: Por un lado, con el esfuerzo de los técnicos, se ha logrado una alta densidad de energía y puede haber avances técnicos que vale la pena celebrar; Por otro lado, no se descarta que algunas personas tengan un rendimiento exagerado. Si los datos de densidad de energía no se marcan fácilmente, los consumidores deben pensar detenidamente antes de comprar / invertir (debido a una especulación cuidadosa: la renuencia a etiquetar se debe principalmente a un rendimiento deficiente). La base de la batería es la ciencia electroquímica, y para este campo, existe un principio simple pero muy básico: cualquier tipo de batería, el mecanismo de almacenamiento de energía necesita escribir una ecuación de reacción electroquímica correspondiente para que se pueda conocer su situación de voltaje. Determine su densidad de energía límite teórico, etc., y esta es solo la información más básica para la batería. No importa cuán nueva sea esta tecnología de baterías (o simplemente lo que digan las personas relacionadas), su principio debe escribirse como una ecuación química e implementarse en papel para que pueda resistir la prueba del sentido común en el mundo académico. Hace poco tengo amigos que han ascendido una batería, pero los vendedores son muy reticentes sobre el principio de la reacción más básica de la batería, por "miedo a las fugas" y dicen algunas teorías que violan los conocimientos básicos de electroquímica, por lo que todavía se recomienda haga un estudio cuidadoso antes de comprar y adoptar esta tecnología. Ten cuidado. En el caso de las baterías, el mecanismo de las reacciones electroquímicas es la información más básica, requiere transparencia y este es solo el primer paso. La verdadera barrera para la ingeniería de baterías radica en la optimización de materiales, estructura general y procesos. Incluso si los principios básicos son claros, aún es necesario considerar la dificultad de implementación. Las dificultades de la ingeniería de nuevas tecnologías están mucho más allá de la imaginación de muchas personas. En las últimas décadas, los logros industriales de China se han beneficiado del arduo trabajo de los técnicos, la perseverancia incansable y la investigación rigurosa. La industria de las baterías en China no puede lograr los logros actuales sin el mismo espíritu práctico con los pies en la tierra y la exploración ardua en la ingeniería industrial.

Por tanto, permítame ampliarlo de nuevo. Ha habido muchos análisis previos de las dudas sobre "baterías de grafeno (base) (iones de litio)", "baterías mejoradas con grafeno (iones de litio)" y "baterías asistidas por grafeno (iones de litio)". No existen otras tecnologías como el plomo ácido).

Aquí nuevamente, se enfatiza que el grafeno se usa en baterías de litio y solo se puede usar como material activo negativo y aditivo conductor. El material del electrodo negativo tiene un alto costo, baja densidad de volumen, eficiencia extremadamente baja por primera vez y habrá cambios estructurales durante el uso. El costo es alto y básicamente imposible. Como aditivo conductor, compite con otros materiales de carbono y no tiene ventajas obvias. También se enfrenta a una serie de problemas prácticos como la dispersión en el proyecto. De hecho, pocas de las diversas tecnologías de baterías de grafeno en el mercado hoy en día están dispuestas a escribir de manera explícita y abierta sus ecuaciones de reacción electroquímica, de modo que sus pares puedan probarse desde un punto de vista científico. Vale la pena pensar en la razón.

Además, Advanced Materials publicó recientemente un largo resumen de por qué el grafeno ha avanzado poco en las baterías en los últimos años. La dirección original era: Http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201603421/abstract. Actualmente, un profesional lo está traduciendo al chino. Si está interesado, visite el enlace correspondiente en: Https://zhuanlan.zhihu.com/p/24844227.

Por el contrario, muchos puntos nuevos, como baterías como el aluminio y el magnesio, existen más allá de la confiabilidad técnica del mecanismo de reacción, por lo que hay al menos espacio para una mayor discusión y análisis de esta tecnología.

Es importante nombrar un nombre, ya sea confiable o no

Es importante nombrar: tener un nombre llamativo es bueno para la memoria y la comunicación. Hay muchas "baterías de grafeno" en el mercado que se propagan de esta manera. La principal ventaja es que también es fácil de recordar. Por el contrario, tres baterías de litio, la batería negativa de silicio parece ser más común. Es importante mejorar la comunicación, pero si el nombre es demasiado importante para ocultar o distorsionar la tecnología que es verdaderamente central y competitiva, entonces es hasta cierto punto una cuestión de nombre. De hecho, las baterías de litio generalmente se nombran en la industria con reglas generales, que se pueden presentar brevemente aquí:

1) El nombre del componente más importante, porque el material del cátodo de la batería de litio es a menudo el eslabón de decisión más importante en la densidad de energía de la batería de litio, es el más nombrado. Por ejemplo, baterías de fosfato de hierro y litio, baterías ternarias, baterías de ácido de cobalto y litio, etc. Con el desarrollo de la tecnología en los últimos años, han aparecido o están en escena algunos materiales de electrodos negativos de alto rendimiento, por lo que el nombre de las baterías de titanato de litio, incluidos los electrodos negativos de silicio (baterías) posteriores, también es razonable. De manera similar, este principio también es aplicable a baterías de otros sistemas, como níquel hidrógeno, plomo ácido, etc. Casi el nombre de la batería puede resumir inicialmente la reacción del núcleo. Debemos enfatizar aquí: las baterías de iones de litio con un poco de grafeno no pueden llamarse baterías de grafeno, y las baterías de aire de litio con un poco de grafeno no pueden llamarse baterías de grafeno. Esto es como agregar carne de pescado con MSG o solo se considera carne de pescado. Por supuesto, si la adición de grafeno mejora el rendimiento, entonces el rendimiento mejorado debe demostrar el efecto para que la investigación científica y la industria puedan estar convencidas.

2) Nombrado en honor al mecanismo / característica de reacción, el más típico es la batería de flujo de líquido. Las baterías de flujo líquido son sustancias positivas y negativas que existen en forma líquida. Están separados por un diafragma en diferentes cavidades. Son transportados a la interfaz del diafragma por una bomba de respuesta electroquímica para realizar baterías que son almacenadas o liberadas por energía eléctrica. Desde una perspectiva popular, se puede entender que las baterías de flujo de líquido son varios tanques químicos que bombean líquidos de reacción a la interfaz para lograr el almacenamiento de corriente. Una batería de este tipo tiene una densidad de energía baja de solo unas pocas docenas de Wh / kg, que solo es adecuada para el almacenamiento fijo industrial y difícilmente se puede usar en automóviles. Debido a que el sistema de vanadio en las baterías de flujo líquido es relativamente maduro, a veces se lo denomina batería de vanadio. Un informe anterior decía que las baterías de "vanadio" se utilizan en los automóviles, el tamaño del mercado es de billones de dólares y el kilometraje es de N kilómetros. Desde un punto de vista profesional, el mensaje es falso. Por supuesto, el autor no niega el significado de las baterías de flujo líquido de vanadio: tales baterías tienen una vida útil prolongada, por lo que en el sitio de fácil almacenamiento, las escenas de aplicación de energía tendrán sus propias ventajas únicas.

Resumen preliminar: la batería recibe el nombre del elemento del grupo principal o el nombre del mecanismo de reacción y las características. En resumen, debe llevar el nombre de sus componentes más centrales o sus características más representativas. Una vez separados de la denominación de tales principios, puede haber un misterio detrás: puede haber un significado de procesamiento de envases con conceptos populares, y puede ser una tapadera para su esencia técnica. Por lo tanto, el autor recomienda que el público, al ver algunos nombres de baterías profesionales y de moda, debe lucir como una linterna, comenzando por el nombre de la raíz.

En tercer lugar, ¿a qué debe prestar atención en la publicidad de buenas y malas noticias?

Recientemente, muchas baterías han exagerado los hechos en sus materiales promocionales, como "carga dos días a la vez, densidad de energía 1000 Wh / kg, mejora del rendimiento del 50%, vida útil X años", etc. La gente común puede creer fácilmente eso. Pero después de las pruebas, muchos pueden encontrar que dicha tecnología de baterías no es tan mágica en la práctica como se anuncia. Entonces, ¿cómo se tamizan las células de la raíz?

La regla simple: muchas empresas se anuncian y promueven buenas noticias. Es decir, solo 5 de las 10 propiedades centrales muy importantes están marcadas. Si no lo sabe, es posible que el rendimiento de los otros 5 no sea tan bueno como el promedio de la industria. Para cualquier tecnología de aplicación de ingeniería, todos los aspectos del rendimiento del producto deben alcanzar la línea de paso básica; de lo contrario, no se puede utilizar en la práctica. Por lo tanto, si un cierto rendimiento de la batería es realmente bueno, la empresa definitivamente informará positivamente, pero si no se marca activamente, es muy probable que el rendimiento no se pueda hacer lo suficientemente bien.

Por tanto, se recomienda estudiar el rendimiento de cada batería en la práctica. Si el proveedor de tecnología no divulga estas actuaciones, es muy probable que haya una placa corta en esta área. El autor cree que es particularmente necesario prestar atención a la relativa oposición de la actuación de una batería. Por ejemplo, una batería de carga rápida necesita conocer su densidad de energía, y una batería de tipo de energía necesita conocer su densidad de potencia, vida y, especialmente, los parámetros de densidad relacionados con el volumen. Esto puede reducir la probabilidad de comprar un producto que no esté en línea con el producto real, y lo peor también puede negociar con él.

En general, un producto de batería generalmente tiene que introducir su densidad de energía de masa, densidad de energía de volumen, densidad de potencia de masa, densidad de potencia de volumen, vida útil, voltaje, costo (la información de precio puede no estar en el folleto), entorno aplicable, seguridad. Es importante destacar aquí: 1) La densidad de energía volumétrica es muy importante. No se puede usar una batería de la misma masa y energía si es demasiado grande para enchufarla completamente en el espacio de servicio real. El teléfono móvil se debe precisamente al espacio de pequeño volumen, por lo que el uso de la densidad de energía de mayor volumen de las baterías de ácido de cobalto de litio. 2) La densidad de potencia es popular, es decir, las características relacionadas con la carga rápida. Aquí debemos enfatizar que el autor cree que el rendimiento del cuerpo de la batería es lo suficientemente bueno, y la contribución a la carga rápida representa más de la mitad, en comparación con el control eléctrico y otros enlaces son ligeramente menores. Para el análisis de la densidad de potencia y la carga rápida, consulte el artículo anterior: "La tecnología de carga rápida que está llena de palabras durante unos minutos y no se dice ningún otro rendimiento es un canalla".

IV. Proyección de dos estrategias publicitarias

Uno: "Mejora del rendimiento XX%". Se puede decir que esto es significativo, pero también se puede decir que no tiene sentido, porque la explicación de la mejora del material de referencia está en manos del fabricante: el fabricante puede hacer una muestra con un rendimiento deficiente como muestra de control. - y los investigadores están muy familiarizados con este proceso. Por lo tanto, la clave no es el aumento relativo del fabricante, sino que el valor absoluto de su rendimiento, como el aumento del 35% en la densidad de energía de la batería de fosfato de hierro reforzado XX, realmente se puede verificar. ¿Cuáles son los valores de densidad de energía básicos / mejorados? 100 Wh / kg? 130 Wh / kg? Y ...

El segundo: "Cuántos kilómetros para continuar, espera X días". Ésta es una expresión científicamente menos rigurosa. Se recomienda que el público no crea en estos datos y preste más atención a los "indicadores duros" del cuerpo de la batería mencionados anteriormente. Las razones son las siguientes:

El kilómetro X se puede utilizar para maximizar la resistencia apilando una gran cantidad de baterías según el método de "batería de un automóvil", pero esto es completamente diferente de la carga real del vehículo eléctrico en el servicio real, por lo que solo es para referencia (y la nueva versión) La especificación del vehículo eléctrico ya ha comenzado a estipular que la batería representa la relación de peso de todo el vehículo.

El día X en espera también es diferente del consumo de energía normal: ¿Cuáles son las condiciones de prueba en espera? ¿Necesita activar el modo de ahorro de energía? ¿Quieres desactivar la función Wi-Fi? Estos elementos generalmente no se pueden mencionar. También es posible realizar estas pruebas no rigurosas en el sector privado. Sin embargo, si se eleva a la inversión industrial local, implica una gran inversión de dinero y mano de obra. Utiliza palabras tan emocionales como directrices de política para el desarrollo de una región y luego invierte decenas de millones de dólares en fondos. Es imprudente.

5. ¿Qué tecnologías estrella del mañana pueden ser más prometedoras?

Con los incansables esfuerzos de científicos e ingenieros, muchas nuevas tecnologías de almacenamiento de energía han madurado gradualmente en los últimos años, y se espera que entren en nuestras vidas en los próximos años y traigan cambios al mundo. En estas tecnologías estrella del mañana, la ruta técnica y la madurez son diferentes, y esto se puede presentar brevemente.

Tecnología de batería totalmente de estado sólido: aborda la seguridad, la densidad de energía y características especiales como la flexibilidad. En la actualidad, algunas rutas técnicas se acercan a las condiciones de industrialización. En los próximos años, deberían salir productos, y las rutas de tecnología avanzada, como todas las cerámicas, pueden estar más orientadas hacia baterías especiales de alto rendimiento y madurar en los próximos años. esperanza.

Tecnología de batería de litio-azufre: resolver la seguridad del ciclo y la dendrita es un gran problema, y el tiempo de madurez de su tecnología puede ser más largo, y la solución principal es la demanda de dirección de alta densidad de energía.

Tecnología de batería de iones de sodio: más orientada a las necesidades fijas de almacenamiento de energía, la tecnología se encuentra actualmente en la etapa de investigación experimental: la etapa de incubación industrial, la tecnología de Enli Energy y Aquion son dignas de atención, también hay fabricantes en Japón para intensificar la introducción de este producto de aspecto.

Tecnología de batería secundaria de aire metálico: este tipo de batería teóricamente puede alcanzar una densidad de energía extremadamente alta, pero de hecho se enfrenta a problemas como una gran sobretensión, una mala cinética de reacción y una reacción secundaria de los gases de impureza en el aire. Menor, el tiempo requerido para la industrialización puede ser mayor.

posdata:

La nueva industria energética relacionada con las baterías de litio se está desarrollando rápidamente en la actualidad, lo que encarna las ardientes expectativas del gobierno chino. En general, la industria de las baterías de litio se ha desarrollado rápidamente, pero en los últimos dos años ha habido sorpresas y decepciones (como el engaño). Es realmente bueno para la industria atraer gente, pero es inevitable que haya gente con voces y motivos diferentes. Lo que podemos hacer es promover el desarrollo saludable de la industria, optimizar racionalmente la asignación de recursos sociales y emitir una voz basada en la experiencia de producción-estudio-investigación, para que más personas fuera de la industria puedan comprender la situación básica dentro de la industria, promoviendo así la salud de toda la industria. El desarrollo contribuye a su propia escasa fuerza.

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