stringtranslate.com

Безанодный аккумулятор

Безанодная батарея (AFB) — это батарея, изготовленная без анода. Вместо этого при первой зарядке он создает металлический анод. Анод формируется из носителей заряда , питаемых катодом . Таким образом, перед зарядкой аккумулятор состоит из катода, токосъемников , сепаратора и электролита .

Фон

В обычных батареях используется анод из графита . Однако графит занимает пространство, увеличивает вес, увеличивает стоимость материалов и увеличивает сложность производства. По состоянию на 2023 год наиболее практичные конструкции, поддерживающие литий-металлические батареи, будут безанодными.

Дизайн

Безанодные батареи обычно требуют твердотельного электролита, изготовленного из керамики или полимера. Это необходимо для того, чтобы в течение многих циклов зарядки/разрядки дендриты, которые могут образоваться на токосъемнике на анодной стороне, не пересекали электролит и не вызывали короткого замыкания батареи. В некоторых твердотельных конструкциях используются обычные графитовые аноды.

Носители заряда гальванизируют литий на поверхность анодного токосъемника, образуя межфазную фазу твердого электролита (SEI). После первоначальной зарядки AFB работает как литий-металлическая батарея . [1] За счет исключения постоянного металлического литиевого анода AFB работают так, что весь литий действует как носитель заряда, а не остается на аноде (нулевой избыток лития). Производство литиевого анода также сложно, поскольку оно включает в себя изготовление тонкой литиевой фольги и манипулирование ею, учитывая ее высокую реакционную способность и вязкость. Однако некоторое количество лития теряется в каждом цикле зарядки/разрядки, что сокращает количество циклов. Отложенный литий также имеет тенденцию иметь неравномерную глубину и с большей вероятностью образует дендриты. межфазный слой твердого электролита [2]

катод

Безанодные литий-ионные батареи были продемонстрированы с использованием различных катодных материалов, таких как LiFePO 4 , LiCoO 2 и LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 (NMC 111 ).

Эти катоды интеркаляционного типа обычно имеют ограниченное содержание Li (14,3 ат.% для LiFePO4, 25 ат.% для LiCoO2 и LiNi x Co y Mn1- x - y O2), хотя они остаются основными объектами исследований. [2] Оксидные катоды могут выделять активные радикалы кислорода, которые вызывают побочные реакции с легковоспламеняющимися органическими электролитами. Напротив, содержание лития в сульфиде лития может достигать 67%. Полностью литированный катод испытывает незначительные изменения объема во время циклирования. [3] Однако катоды Li2S могут страдать от перенапряжения начальной активации (~ 1,0 В) и плохой кинетики заряда. [3]

Исследовать

QuantumScape разработала одну такую ​​батарею. Компания заявила, что плотность энергии ее твердотельной батареи составляет 325–440 Втч/кг (900–1100 Втч/л) . По состоянию на 2020 год батарея сможет выдержать 800 циклов, прежде чем упадет до 80% от своей первоначальной емкости. [1] [4] Производство запланировано на вторую половину 2024 года. [5]

Компания One New Energy продемонстрировала аккумуляторную батарею, заявленная емкость которой составляет 1000 Втч/л. Каждая призматическая ячейка имеет емкость 240 Ач. Чтобы устранить ограничения выходной мощности, срока службы и уровня безопасности, компания приняла двуххимическую архитектуру батареи, в которой элементы LFP являются основным источником питания, а безанодные элементы батареи (катод LiMnO) будут использоваться для использования в качестве источника питания. справляться с длительными поездками. Ожидалось, что это позволит сократить циклы и пиковую мощность на 90%. [6]

Компания Samsung сообщила о катоде из оксидного слоя с высоким содержанием никеля в прототипе карманного элемента, который обеспечивает мощность >900 Втч/л и стабильный кулоновский КПД (>99,8%) в течение 1000 циклов. [1]

Исследователи из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) разработали безанодное устройство, в котором используется смесь соли и солевого электролита, растворенная в растворителе, смеси растворителей и/или полимере. Соль может представлять собой соли лития различных типов. [7]

Безанодные батареи должны иметь интеркаляционные катоды малой емкости, выделяющие кислород, и легковоспламеняющиеся жидкие электролиты. В качестве альтернативы был использован квазитвердотельный негорючий полимерный гелевый электролит с катодами из сульфида лития. Исследование показало, что плотность энергии составляет 1323 Вт·ч л-1 на уровне карманных ячеек. Конструкция позволяет избежать неконтролируемых экзотермических реакций активного кислорода и избытка Li. В электролите используется фторированный полимер, легированный MXene , который предотвращает перемещение полисульфида и уменьшает количество дендритов. Была улучшена безопасность ячеек от механических, электрических и термических воздействий. [3]

Рекомендации

  1. ^ abc Сулета, Хуан Карлос (20 декабря 2020 г.). «QuantumScape: Техническое примечание о полностью твердотельных безанодных литий-металлических батареях (NYSE: QS) | В поисках альфа». ищуalpha.com . Проверено 27 декабря 2023 г.
  2. ^ аб Чжао, Пей; Пан, Джун; Чжан, Дунци; Тан, Юфэн; Тай, Чжисинь; Лю, Яцзе; Гао, Хун; Хуан, Фуцян (17 июля 2023 г.). «Конструкции безанодных литий-ионных аккумуляторов». Батареи . 9 (7): 381. doi : 10.3390/batteries9070381 . ISSN  2313-0105.
  3. ^ abc Лю, Ючжао; Мэн, Сянъюй; Ван, Чжию; Цю, Цзешань (29 июля 2022 г.). «Разработка квазитвердотельных безанодных высокоэнергетических аккумуляторов на основе сульфида лития». Природные коммуникации . 13 (1): 4415. Бибкод : 2022NatCo..13.4415L. дои : 10.1038/s41467-022-32031-7. ISSN  2041-1723. ПМЦ 9338099 . ПМИД  35906196. 
  4. Оберхаус, Дэниел (8 декабря 2020 г.). «QuantumScape только что решил проблему с батареей 40-летней давности?». Проводной . ISSN  1059-1028 . Проверено 27 декабря 2023 г.
  5. Манчестер, Бетт (30 ноября 2020 г.). «QuantumScape успешно становится публичной». lectrive.com .
  6. Кейн, Марк (18 сентября 2022 г.). «ONE представляет высокоэнергетический безанодный аккумулятор с высокой плотностью энергии: 1007 Втч/л». ВнутриEVs . Проверено 28 декабря 2023 г.
  7. ^ Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория. «Безанодная аккумуляторная батарея». www.pnnl.gov . Проверено 28 декабря 2023 г.

Внешние ссылки