Почему мы должны стремиться к 800 километрам? Поскольку это значение является наибольшей ожидаемой стоимостью для большинства людей в круизном диапазоне, если крейсерский ассортимент электромобиля не может достигать 800 километров, и большинство людей могут быть приняты, электромобиль будет иметь меньшую популярность. Итак, мы установили это значение для цели нашего проекта Battery 500. Проект начался в 2009 году, где преобладает исследовательский центр Almaden. С тех пор IBM провела это исследование с рядом деловых партнеров и исследовательских институтов из Европы, Азии и Соединенных Штатов. Проект Battery 500 основан на технологии металла. По сравнению с литийными батареями, металлические батареи имеют больше энергии на единицу массы. Исследование проекта по -прежнему занимает несколько лет, чтобы быть коммерциализированным. Но за эти семь лет экспериментов мы можем подумать, что будущая металлическая батарея действительно полезна в электромобилях. Почему это металлическая батарея? В качестве примера, взяв литий-воздушные батареи, чтобы понять эту проблему, давайте сначала рассмотрим разницу между литий-ионными батареями (ныне общие литиевые батареи) и литий-воздушными батареями. На рисунке ниже показано внутреннее состояние батареи во время зарядки и разгрузки литий -ионной батареи. В обычной литий -ионной батареи положительным электродом является углерод, а отрицательный электрод состоит из различных оксидов переходных металлов, таких как кобальт, никель, марганец и тому подобное. Оба электрода были погружены в электролит, в котором растворяли литий -соль. Во время заряда и разряда ионы лития перемещаются от одного электрода к другому. Направление движения отличается в зависимости от того, заряжается ли батарея или разряжена в зависимости от состояния батареи. Во время заряда и разряда ионы лития, наконец, встроены в атомный слой материала электрода, и, таким образом электроды. 
△ Литий-ионная зарядка и процесс сброса аккумулятора
Литий-воздушные батареи различаются. В металлических батареях происходит электрохимическая реакция. Во время процесса разгрузки литийсодержащий положительный электрод высвобождает ионы лития, а ионы лития движутся к отрицательному электроду и реагируют с кислородом на поверхности отрицательного электрода с образованием перекиси лития (Li 2 O 2). Ионы лития, электроны и кислород реагируют на поверхности отрицательного электрода, образованного пористым углеродом, поскольку химическая реакция не происходит на отрицательном электроде, а ион лития не является отрицательным электродом. Следовательно, емкость батареи и объем или масса отрицательного материала электрода не слишком высока. Большие отношения, пока есть достаточно площади поверхности. То есть способность литий-воздушной батареи определяется не объемом и качеством электрода, а площадью поверхности электрода. Вот почему в литий-воздушной батарее небольшая электрода также может хранить большое количество энергии, что приводит к более высокой плотности энергии. 
△ Процесс зарядки и разрядки литий-эфир
Конечно, в дополнение к плотности энергии, стоимость также является важным соображением. Цена батареи в настоящее время находится в диапазоне 200-300 долларов США / кВтч, если вы можете запустить 5-6 км на кВтч, 800 км нуждаются в батарее 150 кВтч, вам нужно 30 000-4,5 млн. Автомобиль серии BMW 2 нуждается только в 33 000 долларов. Поэтому, если вы хотите массового производства, цена за кВтч должна упасть ниже 100 долларов. Какие проблемы я должен решить для коммерциализации литий-воздушной батареи? Когда литий и кислород просто подвергаются окислительно -восстановительной реакции, теоретическая максимальная плотность энергии, которая может быть получена, составляет 3460 винт/кг. Помимо части клетки, которая не подвергается химической реакции, ценность плотности энергии, которая в конечном итоге может быть достигнута, также очень желательно. Конечно, вы также столкнетесь с проблемами. Процесс зарядки литий-воздушной батареи похож на процесс обычной литий-ионной батареи, если он внешне подчеркивается. Разница состоит в том, что в литий-воздушной батареи, когда есть внешнее напряжение, структура перекиси лития разрушается, и оно снижается до ионов кислорода и лития, а ионы лития возвращаются к положительному электроду. Литий-воздушные батареи, такие как традиционные литиевые батареи, имеют больше циклов заряда и разрядки и имеют больше побочных эффектов внутри аккумулятора. Эти побочные эффекты являются фундаментальными для их массового производства и даже коммерциализации. Чтобы понять влияние этих побочных эффектов на аккумулятор, мы использовали электрохимический масс -спектрометр в исследовательском центре, чтобы точно измерить количество потребляемого газа и произведенного во время каждого цикла заряда и разгрузки. В результате была обнаружена проблема: литий-эфирная батарея излучает гораздо меньше кислорода во время зарядки, чем кислород, потребляемый во время разряда. (В тесте вместо воздуха используется сухой кислород.) 
△ Электрохимический масс -спектрометр Исследовательского центра IBM (: IBM)
В идеальной клетке аккумулятора кислород, потребляемый во время разряда, равен массе кислорода, выпущенного во время зарядки. Но исследование показало, что количество выпущенного кислорода меньше, что означает, что кислород, который не выделяется, вероятно, будет реагировать с компонентами в блоке батареи, такими как плавление в электролите, батарея находится внутри. Потребление. В другой лаборатории IBM в Цюрихе мы провели новые эксперименты для отслеживания и компьютеризации этой саморазрушительной химической реакции. Наконец, причина была найдена на органическом электролите. Затем мы изучили эту проблему. В последнем блоке батареи, после использования нового электролита, он может высвобождать большую часть кислорода, поглощенного во время разряда. Кроме того, мы также отслеживаем потребление и производство водорода и воды во время заряда и разряда, потому что присутствие этих двух веществ означает, что внутри аккумулятора может быть как минимум одна химическая реакция самосознания. Наш нынешний блок батареи смог достичь 200 циклов заряда и разрядки, хотя это сделает фактический процесс зарядки гораздо меньше, чем теоретический максимум. В дополнение к этой проблеме, у нас есть некоторые ключевые выводы о различных компонентах литий-воздушной батареи: 1. Положительный электрод отличается от положительного электрода из графита в традиционной литий -ионной батареи. В литий-воздушной батареи положительный электрод, содержащий литий, изменит некоторую поверхность во время процесса зарядки, а некоторая мохоподобная или деревья, похожая на деревьев, растет. Это дендрит. Эти дендриты очень опасны, потому что они могут сформировать проводящую цикл между положительными и отрицательными электродами, чтобы создать короткий замыкание. 
△ Положительный электрод батареи литий-эфир. После нескольких десятков циклов поверхность создает дендритную структуру
Чтобы уменьшить возникновение дендритов, мы использовали специальную изоляционную мембрану. Этот сепаратор состоит из слоя материала, содержащего множество наноразмерных пор, которые достаточно малы и равномерно распределены по мембране, чтобы позволить прохождение литий -ионов и подавлять дендритное производство. Из -за присутствия этого сепаратора анод остается гладким после нескольких сотен циклов заряда. Если используется традиционный сепаратор, дендриты будут происходить после нескольких циклов. Если вы используете стеклянный полимер с проводящими ионами, эффект будет лучше. 
△ Положительный электрод литий-воздушной батареи после использования наноизоляционной пленки, поверхность остается гладкой
2. Электролит, используемый в настоящее время в электролите, все еще реагирует с кислородом или другими соединениями, полученными в цикле заряда и разгрузки, и, таким образом, потребляется. До сих пор мы не нашли ни одного растворителя, который достаточно стабилен, чтобы позволить литий-воздушной батарее выйти на коммерческую сцену. 3. В процессе зарядки ионы лития могут реагировать с отрицательным электродом с образованием нитрата лития. Нитрат лития также реагирует с электролитом, потребляя электролит и производит углекислый газ. В тесте мы также отслеживали количество производимого нитрата лития и приняли некоторые меры для снижения его производства. Однако, поскольку требуемое напряжение зарядки должно быть выше, чем рабочее напряжение аккумулятора как минимум на 700 мВ. Перенапряжение снизит эффективность зарядки аккумулятора. Мы пытались преобразовать углерод в некоторые другие оксиды металлов, и результаты не сильно изменились. 4. Катализаторы относительно того, использовать ли катализаторы в металлических батареях, было много дебатов между профессионалами и противниками. Использование катализатора может значительно уменьшить возникновение условий избыточного давления, но тот же катализатор, как правило, также ускоряет потребление электролита. В наших теоретических исследованиях энергия активации очень низкая в окислении и восстановлении лития. Следовательно, в литий-воздушных батареях катализатор не нужен. 5. Приготовление воздуха. Хотя аккумулятор называется литийной батареей, на самом деле мы используем сухой кислород. Акцент делается на «сушке», потому что необходимо только удалить компоненты водяного пара и углекислого газа в воздухе. Чтобы массово производить такой воздух в коммерческих батареях, необходима легкая, эффективная и стабильная система очистки воздуха. С этой точки зрения практическое применение литий-воздушных батарей может быть в автобусах, грузовиках и других крупных транспортных средствах. Только эти большие транспортные средства могут вместить оборудование для очистки воздуха. Блок батареи, используемый в настоящее время для тестирования, по -прежнему невелик по размеру, диаметром 76 мм и длиной 13 мм, что далеко не для стандарта электромобилей. Таким образом, одна из наиболее важных задач, которые необходимо выполнить, - это то, как сделать более крупные батарейные ячейки, упаковать и упаковать многие батарейные ячейки в один аккумулятор, а затем иметь систему управления аккумуляторами. Мы также тестируем некоторые разные размеры, такие как 100 x 100 мм (диаметр 100 мм, длина 100 мм). В настоящее время этот проект все еще находится на начальной стадии базовой науки по материалам и химическим реакциям, но полученные результаты являются положительными. В нашем исследовании плотность энергии, которая теперь может быть достигнута, представляет собой оксидированная реакция лития 15 кВт -ч/кг (с использованием сырого углеродного катода, 5700 мАч x 2,7 В/г), а плотность энергии в клетке составляет приблизительно 800 Вт/кг Полем Аккумулятор натрия: низкая плотность энергии, но в стабильных металлических батареях есть много металлов, которые можно использовать, в дополнение к литие, натрия и калия. Обратная реакция этих металлов легче, и оказалось, что относительно более тяжелые металлы, такие как магний, алюминий, цинк, железо и т. Д. металл Батареи натрия-воздуха являются еще одной интересной комбинацией, хотя плотность энергии, которая может быть достигнута, ниже по сравнению с литием-воздушными батареями, но ее преимущества более стабильны. Причина, по которой плотность энергии низкая, заключается в том, что генерируемая химическая реакция отличается. Как упомянуто выше, в литиевых батареях литий реагирует с кислородом с образованием перекиси лития (LI2O2), но в батареях натрия натрия натрий реагирует с кислородом, используя только один электрон, что приводит к супероксид натрия NaO2. Вместо перекиси натрия, Na2O2. Для сравнения, плотность энергии, которую может производить батарея натрия-воздуха, теоретически снижается вдвое, а теоретический верхний предел плотности энергии составляет 1100 Вт/кг. С другой стороны, батареи натрия-воздуха более эффективны, чем литий-воздушные батареи, а перенаселение довольно низкое, менее 20 мВ (700 мВ для лития). Ввиду этого, рабочее напряжение блока батареи может быть уменьшено до 3V, так что самосознание других компонентов внутри аккумулятора может быть сильно уменьшено, например, электролит. Мы измерили его по эксперименту и проверили его. Это имеет то преимущество, что стабильность батареи довольно высока, а емкость батареи почти не изменяется после 50 циклов заряда и разряда. Есть также некоторые проблемы в коммерческом использовании батарей натрия. Например, батарея натрия-воздушного воздуха потребляет вдвое больше кислорода, чем литий-воздушная батарея в ответ на реакцию, эквивалентную количеству воздуха, необходимому для производства поршневого двигателя с той же мощностью. Кроме того, химическая активность металла натрия довольно высока, и многие люди будут помнить демонстрацию, сделанную учителем химии в классе средней школы. Небольшой кусочек натрия бросается в воду, и произойдет сильная химическая реакция. Тем не менее, литий является редким металлом, и он не дешевый. Но натрий является общим металлом, а стоимость чрезвычайно низкая. Стоимость материалов в одном и том же размере батареи натриевого воздуха составляет менее одной десятой из этого в литиевых батареях. Несмотря на то, что в долгосрочной перспективе батареи лития будут иметь лучшую производительность, но, учитывая стабильность и стоимость, батарея натрия-воздушного воздуха, которая не такая низкая, как энергия будет лучшим выбором от текущей батареи до будущего. 0 раз
Window._bd_share_config = {"common": {"bdsnskey": {}, "bdtext": "", "bdmini": "2", "bdminist": false, "bdpic": "," bdstyle ":" 0 "," bdsize ":" 24 "}," share ": {}," image ": {" quedlist ": [" qzone "," tsina "," tqq "," renren "," weixin "], «ViewText»: «Поделиться в:», «visualsize»: «16»}, «selectshare»: {«bdcontainerclass»: null, «bdeselectminilist»: [«qzone», «Цина», «TQQ», «Ренрен» , "weixin"]}}; с (документ) 0 [(getelementsbytagname ('head') [0] || body) .appendchild (createelement ('script')). src = 'http: //bdimg.share. Baidu.com/static/api/js/share.js?v=89860593.js?cdnversion= ' + ~ (-new date ()/36e5)];
