Mikä on litiumakkujen kehityssuunta?
May 04, 2023
Johdanto
Litiumioniakut ovat nykyään yleisimmin käytettyjä energian varastointijärjestelmiä. Ne tarjoavat virtaa laajalle valikoimalle laitteita älypuhelimista ja kannettavista tietokoneista sähköajoneuvoihin (EV) javerkkovarastointijärjestelmätLitiumioniakuilla on korkea energiatiheys, pitkä käyttöikä ja alhainen itsepurkautuminen, mikä tekee niistä houkuttelevan vaihtoehdon energian varastointiin. Niillä on kuitenkin myös joitain rajoituksia, kuten korkea hinta
Kehitys
1: High-Energy-D
Näiden ongelmien ratkaisemiseksi tutkijat kehittävät uusia katodimateriaaleja, jotka tarjoavat korkeamman energiatiheyden, pidemmän käyttöiän ja alhaisemmat kustannukset. Yksi lupaava ehdokas on litiumia sisältävä kerrosoksidi (LLO), joka voi tuottaa jopa 50 prosenttia korkeamman energiatiheyden kuin NMC-katodit. LLO:lla on myös pidempi käyttöikä ja alhaisemmat kustannukset, koska se käyttää halvempia ja runsaampia materiaaleja. Muita lupaavia katodimateriaaleja ovat nikkelirikas NMC (NMC811), joka voi tarjota suuremman kapasiteetin kuin perinteiset NMC-katodit, ja litiumrautafosfaatti (LFP), jolla on erinomainen turvallisuus ja käyttöikä, mutta pienempi energiatiheys.
2: Piianodit
Anodimateriaali on toinen litiumioniakun kriittinen komponentti, ja sen suorituskyky vaikuttaa suoraan akun energiatiheyteen ja käyttöikään. Tällä hetkellä useimmat kaupalliset litiumioniakut käyttävät anodimateriaalina grafiittia, jonka teoreettinen kapasiteetti on 372 mAh/g. Piin teoreettinen kapasiteetti on kuitenkin paljon suurempi, 4 200 mAh/g, mikä voisi merkittävästi lisätä litiumioniakkujen energiatiheyttä.
Haasteena piin käytön anodimateriaalina on, että se käy läpi suuren tilavuuden muutoksen pyöräilyn aikana, mikä voi aiheuttaa mekaanisia vikoja ja lyhentää akun käyttöikää. Tämän ongelman ratkaisemiseksi tutkijat kehittävät erilaisia strategioita, kuten nanomittakaavan suunnittelua, pintapinnoitteita ja sideaineita, lieventämään tilavuuden muutosta ja parantamaan piianodien vakautta.
3: Kiinteän olomuodon elektrolyytit
Elektrolyytti on johtava väliaine, joka mahdollistaa litiumionien kulkemisen katodin ja anodin välillä latauksen ja purkamisen aikana. Tällä hetkellä useimmat kaupalliset litiumioniakut käyttävät nestemäisiä elektrolyyttejä, jotka ovat syttyviä ja aiheuttavat turvallisuusongelmia. Kiinteän olomuodon elektrolyytit tarjoavat useita etuja nestemäisiin elektrolyytteihin verrattuna, kuten paremman turvallisuuden, pidemmän käyttöiän ja laajemman käyttölämpötila-alueen.
Kiinteän olomuodon elektrolyytit mahdollistavat myös litiummetallianodien käytön, joiden teoreettinen kapasiteetti on paljon suurempi kuin grafiittianodien. Kiinteän olomuodon elektrolyytit kohtaavat kuitenkin useita haasteita, kuten alhainen ioninjohtavuus, huono rajapintojen yhteensopivuus elektrodimateriaalien kanssa ja korkeat valmistuskustannukset. Voittaakseen nämä haasteet tutkijat kehittävät erilaisia solid-state-elektrolyyttejä, kuten keraamisia, polymeeri- ja komposiittielektrolyyttejä, ja tutkivat uusia prosessointitekniikoita parantaakseen niiden suorituskykyä ja alentaakseen niiden kustannuksia.
4: Kierrätys ja toisen käyttöiän sovellukset
Litiumioniakkujen kasvava kysyntä on herättänyt huolta niiden ympäristövaikutuksista ja resurssien ehtymisestä. Näiden ongelmien ratkaisemiseksi tutkijat tutkivat erilaisia lähestymistapoja käytettyjen paristojen kierrättämiseen ja uudelleenkäyttöön. Kierrätyksellä voidaan saada talteen arvokkaita metalleja, kuten litiumia, kobolttia ja nikkeliä
