Konsideroni burimin e parë të rrymës, të shpikur nga Volta dhe të veshur me emrin Halvan.

Burimi i rrymës në çdo bateri mund të jetë një reagim jashtëzakonisht i rixitullit. Në të vërtetë këto janë dy reagime: atomi oksidohet kur humbet elektron. Marrja e një elektronike quhet shërim. Kjo është, reaksioni redox vazhdon në dy pika: ku ka një elektron ku elektronet rrjedhin atje.

Dy metali (elektrodë) ulen në një zgjidhje ujore të kripërave të tyre të acidit sulfurik. Metal Një elektrodë është oksiduar, dhe tjetri është restauruar. Arsyeja për rrjedhën e reagimit është se elementet e një elektrode më të fortë tërheq elektronet sesa elementet e tjetrit. Në një palë të elektrodave metalike, ZN - cu jon (përbërja jo neutrale) e bakrit ka një aftësi më të madhe për të tërhequr elektronet, prandaj, kur ka një aftësi për të elektron shkon tek një pronar më i fortë dhe zinku është ngjitur me një zgjidhje acid në një elektrolit (një substancë jon-përçuese). Transferimi elektron kryhet sipas dirigjentit nëpërmjet një rrjeti të jashtëm të energjisë. Përveç lëvizjes së një ngarkese negative në drejtimin e kundërt përmes elektrolit, jonet e ngarkuara pozitivisht (anionet) (shih Video)

Në të gjitha goditjet e mëparshme të litium-jon, elektrolite është një pjesëmarrës aktiv në reaksionet komerciale
parimi i CM i Akumulatorit të Operacionit Lead

Galvana gabim

Karakteristikat e goditura

Voltazhi është ndryshimi i mundshëm. Karakteristika e energjisë që tregon se cilat energji liron ngarkesën e njësisë kur lëviz nga anoda në katodë.

Energji - puna që mund të bëhet në këtë hit në shkarkimin e tij të plotë. [J] ose
Fuqia - norma e energjisë ose puna për njësi të kohës
Qëndrueshmëri ose efikasiteti i Coulomb - Cila përqindje e kapacitetit është e humbur në mënyrë të pakthyeshme në një shkarkim të ciklit.

Të gjitha karakteristikat parashikohen teorikisht, megjithatë, për shkak të grupit të faktorëve të komplikuar, shumica e karakteristikave sqarojnë eksperimentalisht. Kështu që të gjithë mund të parashikohen për një rast ideal të bazuar në përbërjen kimike, por makrostruktura ka një efekt të madh të kapacitetit dhe fuqisë dhe qëndrueshmërisë.

Pra qëndrueshmëria dhe kapaciteti për të varur shumë nga norma e ngarkesës / shkarkimit dhe makrostruktura e elektrodës.
Prandaj, bateria nuk karakterizohet nga një parametër, por një grup i tërë për mënyra të ndryshme. Për shembull, tensionet e baterisë (energjia e vetme e transferimit të ngarkesës **) mund të vlerësohet në përafrimin e parë (në fazën e vlerësimit të perspektivave për materialet) nga vlerat jonizimi i energjisë Atome të substancave aktive kur oksidimi dhe restaurimi. Por vlera reale është ndryshimi i kem. Potencialet për matjen e tyre, si dhe për të hequr kthesat e ngarkuara / shkarkimit, një qelizë provë mblidhet me një elektrodë testimi dhe referencë.

Për elektrolitet në bazë të zgjidhjeve ujore, përdoret një elektrodë standarde e hidrogjenit. Për litium-jon - litium metalike.

* Energjia jonizuese është energjia që elektronike duhet të raportohet për të shkatërruar lidhjen midis tij dhe atomit. Kjo është, e marrë me shenjën e kundërt, është energjia e komunikimit, dhe sistemi gjithmonë kërkon të minimizojë energjinë e lidhjeve
** Energjia e një transferimi të vetëm - energjia e transferimit të një elementi të ngarkuar të 1.6E-19 [Q] * 1 [v] \u003d 1,6e-19 [j] ose 1ev (elektro-roll)

Bateri litium-jon

Li - elementi i tretë b, ka një peshë të ulët atomike, dhe madhësi të vogla. Për shkak të faktit se litiumi fillon dhe përveç, vetëm rreshti i dytë, madhësia e atomit neutral është mjaft e madhe, ndërsa madhësia e jonit është shumë e vogël, më e vogël se madhësia e heliumit dhe atomeve të hidrogjenit, gjë që e bën pothuajse e domosdoshme në skemën e librit. Një tjetër pasojë e mësipërme: Elektroni i jashtëm (2S1) ka një lidhje të vogël me bërthamën dhe lehtë mund të humbasë (kjo shprehet në atë litium ka potencialin më të ulët në krahasim me elektrodën e hidrogjenit P \u003d -3.04v).

Komponentët kryesorë të Libit.

Electrolyte

Anodes

• Përçueshmëri të lartë elektronike dhe jonike (proces i shpejtë i futur / hequr litium)
• Tension i ulët me elektrodë test (li)
• Kapacitet specifik të madh
• Stabiliteti i lartë i strukturës anode gjatë zbatimit dhe heqjes së litiumit, i cili është përgjegjës për Kulombin

• Të ndryshojë strukturën e makrostrukturës së substancës anode
• Të zvogëlojë porozitetin e substancës
• Zgjidhni materialin e ri.
• Aplikoni materiale të kombinuara
• Përmirësimi i pronave të kufirit me fazën e elektrolit.

Në përgjithësi, anodat për Lib mund të ndahen në 3 grupe me metodën e vendosjes së litiumit në strukturën e tyre:

Anodes - pret. Grafit

Reagimi: Li 1-X C 6 + Li X ↔ Lic 6

Struktura e grafit është në gjendje të marrë një maksimum prej 1 li në 6 s, prandaj maksimumi duke arritur kapacitetin - 372 mah / g (kjo nuk është aq shumë teorike, si një figurë e zakonshme si një rast i rrallë, kur diçka e vërtetë tejkalon Teorik, sepse në praktikë jonet e litiumit mund të vendosen jo vetëm brenda qelizave, por edhe në aromat e kokrrave grafit)
Nga viti 1991 Elektroda e grafit ka pësuar shumë ndryshime, dhe për disa karakteristika, duket si një material i pavarur, arriti tavanin e saj. Fusha kryesore për përmirësim është rritja e fuqisë, dmth. Shpejtësitë e shkarkimit të baterisë. Detyra e rritjes së fuqisë është njëkohësisht detyra e rritjes së qëndrueshmërisë, pasi shkarkimi i shpejtë / ngarkimi i anodës çon në shkatërrimin e strukturës grafit, "shtrirë" përmes tij me jonet e litiumit. Përveç teknikave standarde për rritjen e pushtetit, me sa duket në një rritje të raportit të sipërfaqes / volumit, është e nevojshme të theksohet studimi i vetive difuzionit të kristalit të vetëm grafit në drejtime të ndryshme të grilës kristal që tregon se shkalla e difuzionit të litiumi mund të ndryshojë me 10 urdhra.

K.s. Novoselov dhe A.K. Lojë - Laureat e çmimit Nobel në Fizikë 2010. Trajtimet e pavarura industriale Graphene
Bell Laboratories U.S. Patentë 4,423,125
Asahi Chemical Ind. Japoni Patent 1989293.
Ube Industries Ltd Patenta amerikane 6,033,809.
Masaki Yoshio, Akiya Kozawa, dhe Ralph J. Brodd. Lithium-Ion Bateritë Shkencës dhe Teknologjive Springer 2009.
Difuziumi litium në karbonin grafik Kristin Persson At.al. Phis. Kim. Letra 2010 / Lawrence Laboratori Kombëtar Berkeley. 2010.
Vetitë strukturore dhe elektronike të litiumit të interkalated Graphite Lic6, K. R. Kganyago, P. E. Noep Phis. Rishikimi 2003.
Materiale aktive për elektrodë negative të përdorur në baterinë litium-jon dhe metodën e prodhimit të njëjtë. Samsung Display Devices Co, Ltd (KR) 09/923,908 2003
Efekti i densitetit të elektrodës në performancën e ciklit dhe humbja e pakthyeshme e kapacitetit për anodën grafit natyrore në bateritë e litiumit. Joongpyo Shim dhe Kathryn A. Striebel

Anodes kallaji dhe ko. Lidhje

Li X + Sn (SI, GE)<-->Li X Sn (SI, GE) (X<=4.4)
Kryesore dhe më komplekse në përdorimin e këtij grupi të materialeve është i madh, nga 357% në 400%, deformimet volumetrike gjatë ngopjes së litiumit (kur ngarkohen), duke çuar në humbje të mëdha në enë, si rezultat i humbjes së materialit e materialit të anodës së kontaktit me toksinte.

Ndoshta elementi më i punuar i grupit Dana është kallaj:
Të jesh më i vështirë jep zgjidhje më të rënda: kapaciteti maksimal teorik i një anode të tillë 960 mah / g, por kompakte (7000 ah / l -1960ah / l *) megjithatë, anodes të shkëlqyera tradicionale të karbonit 3 dhe 8 (2.7 *) herë, respektivisht .
Më premtuese është anodes me bazë silikoni, të cilat teorikisht (4200 mah / g ~ 3590mah / g) janë më shumë se 10 herë më të lehtë dhe në 11 (3.14 *) një herë një grafit kompakt (9340 ah / l ~ 2440 ah / l *) .
SI nuk ka konduktim të mjaftueshëm elektronik dhe jon, gjë që e bën atë të duket për mjete shtesë për rritjen e fuqisë anode
GE, Gjermania nuk përmendet aq shpesh sa SN dhe SI, por duke qenë të ndërmjetme, ka një kapacitet të madh (1600 mah / g ~ 2200 * AH / L) dhe 400 herë më të larta se ajo e përçueshmërisë si të rëndësishme, të cilat mund të tejkalojnë koston e saj të lartë Kur krijoni inxhinieri elektrike me fuqi të lartë

Së bashku me deformime të mëdha volumetrike, ekziston një problem tjetër:
Humbja e tankeve në ciklin e parë për shkak të një reagimi të tërthortë të litiumit me oksidet

Sno X + X2Li + -\u003e XLI 2 O + Sn
xLI 2 O + SN + YLI +<-->xli 2 o + li y sn

Cilat janë më të mëdha sa më shumë kontakti i elektrodës me ajër (sa më i madh sipërfaqja, i.e. aq më i vogël është struktura)
Janë zhvilluar një shumëllojshmëri skemash që ju lejojnë të përdorni potencialin e madh të këtyre komponimeve në një shkallë ose në një tjetër, zbutjen e disavantazheve. Megjithatë, si avantazhet:
Të gjitha këto materiale sot përdoren në kombinuar me anodes grafit, duke rritur karakteristikat e tyre me 20-30%

* Vlerat e shënuara të përshtatura nga autori, pasi shifrat e përbashkëta nuk marrin parasysh një rritje të konsiderueshme në vëllim dhe veprojnë me vlerën e dendësisë së substancës aktive (për ngopjen me litium), dhe për këtë arsye absolutisht jo reflektuese

Jumas, Jean-Claude, Lippens, Pierre-Emmanuel, Olivier-Fourcade, Josette, Robert, Florent Willmann, Patrick 2008
Aplikimi i Patentave të SHBA 20080003502.
Kimi dhe Struktura e Nexelionit të Sony
Materialet e elektrodës Li-Ion
J. Wolfenstine, J. L. Allen,
J. Lexoni, dhe D. Foster
Laboratori i Kërkimit të Ushtrisë 2006.

Elektroda për bateri Li-Ion - një mënyrë e re për të parë një problem të vjetër
Gazeta e Shoqërisë Elektrokimike, 155 ͑2͒ A158-A163 ͑2008͒.

Zhvillimi ekzistues

Të gjitha zgjidhjet ekzistuese për problemin e deformimeve më të mëdha të anodës vazhdojnë nga një konsideratë e vetme: kur zgjerohet shkaku i streseve mekanike është sistemi monolit: për të thyer elektrodën monolitike për shumë struktura të mundshme më të vogla, duke u siguruar atyre të zgjerohen në mënyrë të pavarur nga njëri-tjetri.
E para, metoda më e dukshme, është një bluarje e thjeshtë e një substance që përdor një mbajtës që parandalon kombinimin e grimcave në më të mëdha, si dhe ngopjen e përzierjes që rezulton me agjentë me kabllo elektronike. Një zgjidhje e ngjashme mund të gjurmohet në evolucionin e elektrodave të grafit. Kjo metodë bëri të mundur arritjen e disa përparimeve në rritjen e kapacitetit të anodave, por megjithatë për zbulimin e plotë të potencialit të materialeve në shqyrtim, duke rritur kapacitetin (vëllimi dhe masiv) anode me ~ 10-30% (400% (400% -550 mah / g) në fuqi të ulët
Një metodë relativisht e hershme e futjes së grimcave të kallajit nanoscale (elektrolizë) në sipërfaqen e sferave grafit,
Gara të shkëlqyera dhe të thjeshta për probleme na lejuan të krijojmë një bateri efektive duke përdorur pluhurin e zakonshëm të industrializuar 1668 AH / L
Hapi i ardhshëm ishte që të kalonte nga mikroparticles në nanoparticles: bateritë ultra-moderne dhe prototipet e tyre konsiderohen dhe formohen strukturat e substancës në shkallën e nanometrave, gjë që e bëri të mundur rritjen e kapacitetit deri në 500-600 mAh / G (~ 600 ah / l *) në \u200b\u200bnjë qëndrueshmëri të pranueshme

Një nga shumë lloje premtimi të nanoztrukturave në elektroda do të quhet i ashtuquajturi. Configury Shell-Core, ku kerneli është një top i vogël diametër nga substanca e punës, dhe shell shërben si një "membranë" e një vuajtjeje të grimcave dhe sigurimin e komunikimit elektronik me mjedisin. Rezultatet mbresëlënëse treguan përdorimin e bakrit si predha për kanopartikulat e kallajit, duke treguar një kapacitet të lartë (800 mah / g - 540 mah / g *) për shumë cikle, si dhe në rrymat e ngarkuara / shkarkimit të lartë. Në krahasim me bllokuesin e karbonit (600 mah / g), ngjashëm me SI-C pasi që të gjithë NanoShirs përbëhet nga një substancë aktive, atëherë enë më e madhe e saj duhet të njihet nga një nga më të lartat (1740 AH / L (*))

Siç është theksuar, për të zvogëluar efektet shkatërruese të një zgjerimi të mprehtë të substancës së punës, kërkohet sigurimi i hapësirës për zgjerim.
Në vitin e kaluar, hulumtuesit kanë arritur përparim mbresëlënës për të krijuar nanostruktura të zbatueshme: shufra nano
Jaephil Cho arriti 2800 mah / g fuqi të ulët për 100 cikle dhe 2600 → 2400 në një fuqi më të lartë duke përdorur një strukturë silikoni poroze
Si dhe nanofibers qëndrueshme SI, të mbuluara me 40 nm film grafit, duke demonstruar 3400 → 2750 mah / g (akt. V-ba) deri në 200 cikle.
Yan Yao dhe bashkëautorët ofrojnë për të përdorur SI në formën e zonave të uritur, duke kërkuar qëndrueshmëri të habitshme: kapaciteti fillestar i 2725 mah / g (dhe vetëm 336 ah / l (*)) kur enë bie deri në 700 cikle më pak se 50 %

Në Sentyabe 2011, shkencëtarët nga Berkley Lab shpallën krijimin e një xhel të qëndrueshëm elektronik,
e cila mund të bëjë një revolucion në përdorimin e materialeve të silikonit. Vlera e kësaj shpikje është e vështirë të mbivlerësohet: xhel i ri mund të shërbejë si mbajtës dhe dirigjent, duke parandaluar splicimin e nanopartikaleve dhe humbjen e kontaktit. Ju lejon të përdorni pluhurat e lirë industriale si materiale aktive dhe, në institucionet e krijuesit, të krahasueshme me një çmim me mbajtësit tradicionalë. Elektroda e bërë nga materialet industriale (pluhur nano SI) i jep qëndrueshme 1360 mah / g dhe shumë të lartë 2100 ah / l (*)

* - Vlerësimi i kapacitetit real të llogaritur nga autori (shih Shtojcën)
ZNJ. Foster, C.e. Cruthamel, S.e. Dru, J. Phys. Chem., 1966
Jumas, Jean-Claude, Lippens, Pierre-Emmanuel, Olivier-Fourcade, Joette, Robert, Florent Willmann, Patrick 2008 Application Patent për Patentën 20080003502.
Kimi dhe struktura e materialeve të elektrodave të Sony Nexelion Li-Ion J. Wolfenstine, J. L. Allen, J. Lexoni, dhe D. Foster Laboratori i Kërkimit të Ushtrisë.
Anoodes me kapacitet të lartë të baterive të kapacitetit duke përdorur ge nanowires
Ball Milling Graphite / Tin Materialet e përbërë Anode në Medium Liquide. Ke Wang 2007.
Komponime me telekomandë në përzierjen e karbonit si anode për bateri të litium-jon Gazeta e Burimeve të Energjisë 2009.
Ndikimi i karbonit-shell në anodë të përbërë SN-C për bateri litium-jon. Kiano Ren et al. Jonics 2010.
Anëtarë të rinj Core-Shell Sn-Cu për Li Rech. Bateritë, të përgatitura nga redox-transmetuese reagojnë. Materiale të avancuara. 2010.
Shell double [Email i mbrojtur]@C nanocomposites si material anode për bateri li-ion Liwei su et al. Chemcom 2010.
Polimere me strukturë elektronike të përshtatur për elektrodat e baterisë me kapacitet të lartë të litiumit Gao Liu et al. Adv. Mater. 2011, 23, 4679-4683
Nanosferat e ndërlidhura të silikonit të uritur për anodat e baterive litium-jon me jetë të gjatë të ciklit. Yan Yao et al. Letra nano 2011.
Materialet poroze si anode për bateritë e rechargeable litium, jaephil cho. J. Mater. Chem., 2010, 20, 4009-4014
Elektroda për bateri Li-Ion - një mënyrë e re për të parë një revistë të vjetër të problemit të Shoqërisë Elektrokimike, 155 ͑2͒ A158-A163 ͑2008͒.
Akumulat e akumuluara, patentë amerikane 8062556 2006

aplikacion

Vlerësimi i kapacitetit real të kanopartikulave të kallajit me veshjen e bakrit [Email i mbrojtur]

Nga artikulli ka një raport volumetrik të grimcave 1 deri 3 metra




0.52 është një koeficient i paketës pluhur. Prandaj, pjesa tjetër e shumës pas mbajtësit 0.48

Nanosphere. Koeficienti i paketës.
Rezervuari i ulët volumetrik më poshtë për nanosferik është për shkak të faktit se sferat brenda uritur, dhe për këtë arsye koeficienti i paketës së materialit aktiv është shumë i ulët

Rruga madje do të jetë 0.1, për krahasim për një pluhur të thjeshtë - 0.5 ... 07

Anodes e reagimeve të shkëmbimit. Oksidet metalike.

Disa fjalë për nanofibers

Më vete, duhet të theksohet dhe rekomandohet të njihen me veprat frymëzuese të A. Belcher **, të cilat janë hapat e parë në një epokë të re të bioteknologjisë.
Duke modifikuar bakteriofagin e virusit, A. Belcher ishte në gjendje të ndërtonte bazën e saj nanofires në temperaturën e dhomës, për shkak të procesit natyror biologjik. Duke marrë parasysh qartësinë e lartë strukturore të fibrave të tilla, elektrodat e fituara nuk janë vetëm të padëmshme për mjedisin, por gjithashtu treguan si vulën e paketave të fibrave dhe punë shumë më të qëndrueshme

* - Vlerësimi i kapacitetit real të llogaritur nga autori (shih Shtojcën)
**
Angela Belcher është një shkencëtar i shquar (kimist, elektrokimi, mikrobiolog). Shpikësi i sintezës nanofolkone dhe urdhërimin e tyre në elektroda nga kulturat e nxitura posaçërisht të viruseve
(shih intervistën)

aplikacion

Anode hibride shumë e kthyeshme CO3O4 / grapane për bateritë e rechargeable litium. H.KIM et al. Karboni 49 (2011) 326 -332
Nanosstructured reduktuar oksid grapane / fe2o3 përbërë si një material anode me performancë të lartë për bateri litium jon. Acsnano Vol. 4 ▪ Jo. 6 ▪ 3187-3194 ▪ 2010
Anodat e oksidit të metaleve të nanostrukturuara. A. C. Dillon. 2010.
Një mënyrë e re për të parë densitetin e silazhit bunker. R. E. Muck. U s Summy Forage Center Research Madison, Madison Wi
Anodes të baterisë me kapacitet të lartë duke përdorur GE nanowires K. Chan et. Al. Nano letra 2008 vol. 8, Nr. 1 307-309
Mesoporous Co3o4 Nanowire Arrays për bateri litium jon me kapacitet të lartë dhe aftësi të normës. Yanguang Li et. Al. Nano Letrat 2008 Vol. 8, Nr. 1 265-270
Sinteza e mundësuar nga virusi dhe montimi i nanowires për elektrodat e baterisë së litiumit Ki Tae Nam, Angela M. Belcher et al. www.ScienceExpress.org / 06 Prill 2006 / Faqe 1/10.1126 / Shkenca.112271
Anode silikoni me virus për bateritë litium-jon. Xilin Chen et al. ACS Nano, 2010, 4 (9), PP 5366-5372.
Trajtimi i virusit për vetë-montuar, fleksibël dhe të lehta të litiumit të litiumit MIT, Belcher A. US 006121346 (A1) wo 2008124440 (A1)

Ion i litiumit goditi. Katodë

Një situatë interesante është zhvilluar në zhvillimin dhe prodhimin e katodëve të baterive Li-Ion. Në vitin 1979, John Goodenough dhe Mizuchima Koichi patentuar katodë për bateri Li-Ion me një strukturë limo2 të shtresuar nën të cilat pothuajse të gjitha katodët ekzistues të baterive të litiumit të litiumit bien.
Elementet kyçe katodike
oksigjen si një lidhje, një urë, si dhe litiumin "kapur" me retë e saj elektronike.
Metal Transitional (i.E.MED nga Valence D-Orbital), pasi ajo mund të formojë struktura me numra të ndryshëm të lidhjeve. Katarat e para u përdorën nga sulfuri Tis 2, por pastaj kaloi në oksigjen, më kompakt, dhe më e rëndësishmja, elementi elektronik duke i dhënë pothuajse tërësisht lidhjes së joneve me metal. Struktura limo 2 (*) Limo (*) Më e zakonshme, dhe të gjitha zhvillimet janë pirja e duhanit rreth tre kandidatëve M \u003d Co, NI, MN dhe vizitohen vazhdimisht në një fe shumë të lirë.

KobaltNë kundërshtim me shumë, kapur Olympus menjëherë dhe e kërkon atë deri tani (90% e katodave), por për shkak të stabilitetit të lartë dhe korrektësinë e strukturës së shtresuar të CO 140 MAH / G, LOCOO 2 u rrit në 160-170MAH / G, faleminderit në zgjerimin e vargut të tensionit. Por për shkak të rrallë për tokën, me shumë të shtrenjtë, dhe përdorimi i saj në formë të pastër mund të justifikohet vetëm në bateri të vogla, për shembull, për telefonat. 90% e tregut është e zënë së pari, dhe për momentin, ende katodë më kompakte.
Nikel Mbetet dhe mbetet një material premtues që tregon 190mA / G të lartë, por është shumë më pak i qëndrueshëm dhe një strukturë e tillë e shtresuar në formë të pastër për NI nuk ekziston. Heqja e Li nga Linio 2 prodhon pothuajse 2 herë më shumë nxehtësi se nga Looo 2, gjë që e bën atë të përdorë në këtë zonë të papranueshme.
Mangan. Një tjetër strukturë e studiuar mirë është, e shpikur në vitin 1992. Jean-Marie Tarasco, katodë e specieve të oksidit të Manganit Limn 2 O 4: Me një kapacitet pak më të ulët, ky material është shumë më i lirë se sa LoOo 2 dhe Linio 2 dhe shumë më i besueshëm. Deri më sot, ky është një ekuipazh i mirë për automjetet hibride. Zhvillimet e fundit janë të lidhura me nikel me kobalt, gjë që përmirëson ndjeshëm pronat e saj strukturore. Gjithashtu vuri në dukje një përmirësim të ndjeshëm në stabilitetin nën doping të Ni Electrochemically Inactive MG: Lini 1-Y mg y o 2. Një shumëllojshmëri e lidhjeve Limn X O është e njohur, për katodet Li-Ion.
Problemi themelor - Si të rritet enë. Ne kemi parë tashmë në shembullin e kallaj dhe silikon, i cili është mënyra më e dukshme për të rritur kapacitetin është udhëtimi i tabelës periodike, por nuk ka asgjë mbi metalin e përdorur aktualisht (Fig. E drejta). Prandaj, të gjithë përparimin e viteve të fundit që lidhen me katodët në përgjithësi lidhet me eliminimin e mangësive të atyre ekzistuese: një rritje të qëndrueshmërisë, përmirësimit të cilësisë, duke studiuar kombinimet e tyre (Figura më e lartë)
Hekur. Që nga fillimi i epokës së joneve të litiumit, u bënë shumë përpjekje për të përdorur hekur në katodë, por gjithçka ishte pa sukses. Megjithëse Jeta 2 do të ishte një katodë ideale e lirë dhe e fuqishme, u tregua se Li nuk mund të hiqet nga struktura në një varg normal të tensionit. Situata ka ndryshuar rrënjësisht në vitin 1997 me arratisjen e pronave E / X të Olivin Lifepo 4. Kapaciteti i lartë (170 mah / g) është përafërsisht 3.4v me anodë litium dhe mungesës së një rënieje serioze në kapacitet edhe pas disa qindra cikleve. Disavantazhi kryesor i olivinës për një kohë të gjatë ishte përçueshmëri e dobët, e cila në mënyrë të konsiderueshme e kufizuar. Për të korrigjuar situatën, u morën lëvizjet klasike (me grafit të veshur) duke përdorur xhel grafit, ishte e mundur të arrihej fuqi e lartë në 120mah / g në 800 cikle. Progres i vërtetë i madh u arrit nga Maizer Doping NB, duke rritur përçueshmërinë e 8 urdhrave.
Gjithçka sugjeron që olivine do të bëhet materiali më masiv për automjetet elektrike. Për Posedimin Ekskluziv të LifePo 4 të drejtat, A123 Systems Inc tashmë është dërguar. Dhe Black & Decker Corp, jo pa arsye duke besuar se pas tij të ardhmen e makinave elektrike. Mos u habitni, por patentat janë të dekoruara të gjitha në të njëjtin kapiten të katodëve - John Gudenafa.
Olivine provoi mundësinë e përdorimit të materialeve të lira dhe shpuar një lloj platini. Mendimi i inxhinierisë u nxit menjëherë në hapësirën që rezulton. Për shembull, zëvendësimi i sulfatave me fluurophosphates tani diskutohet në mënyrë aktive, e cila do të rrisë tensionin në 0.8 V IE Rritja e energjisë dhe fuqisë me 22%.
Qesharak: Ndërsa një mosmarrëveshje në lidhje me të drejtat për të përdorur Olivina, kam ardhur në një sërë prodhuesish që nuk ofrojnë elemente në një katodë të re,

* Të gjitha të dhënat e lidhjes janë vazhdimisht ekzistojnë vetëm me litium. Dhe në përputhje me rrethanat, tashmë të ngopura me ta janë tregtuar. Prandaj, kur blejnë bateritë në bazë të tyre, duhet së pari të ngarkoni baterinë, duke ujitur një pjesë të litiumit në anodë.
** Embiring në zhvillimin e katodëve të baterive litium-jon, në mënyrë të pavullnetshme fillojnë ta perceptojnë atë si një duel prej dy gjigantëve: John Gudenaf dhe Jean-Marie Tarasco. Nëse Gudenaf patentuar katodën e tij të parë të suksesshme të vitit 1980 (Loovo 2), atëherë Dr. Torsko u përgjigj me dymbëdhjetë vjet më vonë (MN 2 O 4). Arritja e dytë kryesore e amerikanëve u zhvillua në vitin 1997 (LIFEPO 4), dhe në mes të dekadës së kaluar, francezi u angazhua në zgjerimin e idesë, duke futur Lifesin 4 f dhe punon në përdorimin e elektrodave plotësisht organike
Goodenough, J. B.; Mizuchima, K. U.S. Patenta 4,302,518, 1980.
Goodenough, J. B.; Mizushima, K. U.S. Patent 4,357,215, 1981.
Bateritë litium-jon Shkenca dhe teknologjitë. Masaki Yoshio, Ralph J. Brodd, Akiya Kozawa
Metoda për përgatitjen e komponimeve të ndërthurjes Limn2 O4 dhe përdorimi i tyre në bateritë e litiumit të mesëm. Barboux; Philippe Shokoohi; Fugë K., Tarascon; Jean-Marie. Bell Communications Research, Inc 1992 SHBA patentë 5,135,732.

Qelizë elektrokimike e rechargeable me katodë të stoichiometric titan disulfide whilham; M. Stanley. Patenta amerikane 4,084,046 1976
Kanno, r.; Shirane, t.; Inaba, y.; Kawamoto, Y. J. Burimet e energjisë 1997, 68, 145.
Bateritë e litiumit dhe materialet katodë. M. Stanley Whittingham Chem. Rev. 2004, 104, 4271-4301
Një instalim pozitiv i fluorosulphat me bazë litium me bazë litium për bateritë litium-jon. N. recham1, j-n. Chotard1, L. Dupont1, C. Delacort1, W. Walker1,2, M. Armand1 dhe J-M. Tarascon. Materiali i Natyrës nëntor 2009.

aplikacion

Kapaciteti i katodele është përcaktuar përsëri si ngarkesa maksimale e nxjerrë në peshën e një substance, siç janë grupet
Li 1-x mo 2 + li + e ----\u003e li x mo 2

Për shembull për Co

me shkallën e nxjerrjes Li x \u003d 0.5 kapaciteti i substancës do të jetë

Për momentin, përmirësimi i procesit teknik lejohet të rrisë shkallën e nxjerrjes dhe të arrijë 160mah / g
Por, sigurisht, shumica e pluhurave në treg nuk arrijnë këta tregues

Epoka organike.
Në fillim të shqyrtimit, një nga faktorët kryesorë inkurajues në kalimin në automjetet elektrike ne kemi quajtur një rënie në ndotjen e mjedisit. Por të marrë, për shembull, një makinë hibride moderne: është padyshim djegie më pak karburant, por në prodhimin e baterisë në të, 1 kWh është djegur rreth 387 kwh hidrokarburet. Natyrisht, një makinë e tillë hedh më pak ndotës, por nga gazi serrë gjatë prodhimit gjithsesi nuk shkon kudo (70-100 kg CO 2 për 1 kWh). Përveç kësaj, në shoqërinë moderne të konsumit, mallrat nuk do të përdoren deri në shterimin e burimeve të tyre. Kjo është, termi për "hedhjen e" kësaj kredie energjie është e vogël, dhe asgjësimi i baterive moderne është i shtrenjtë, dhe jo kudo që dotty. Kështu, efikasiteti energjetik i baterive moderne është ende në pyetje.
Kohët e fundit, disa inkurajuese të lidhura me bioteknogo, duke e bërë të sintetizuar elektrodat në temperaturën e dhomës u shfaqën. A. Belcher (Viruse), J.M. Taraço (duke përdorur bakteret).

Një shembull i shkëlqyeshëm i një biomateriale të tillë premtuese është një okocarbon i ndezur - Li 2 C6 O 6 (radiumi i litiumit), i cili, që ka aftësinë për të vendosur në mënyrë të kundërt deri në katër li në formulën, tregoi një kapacitet të madh gravimetrik, por që nga rimëkëmbja është lidhur me bonot e Pi, pak më të vogla - Tenty (2.4 V). Në mënyrë të ngjashme, ne e konsiderojmë si bazë për një elektrodë pozitive, unaza të tjera aromatike, që nga raportimi i baterive të konsiderueshme lehtësuese.
"Disavantazhi" kryesor i çdo përbërje organike është dendësia e tyre e vogël, pasi të gjithë kimia organike është e angazhuar në elemente të lehta C, H, O dhe N. Për të kuptuar se si premtuese është ky drejtim, mjafton të thuhet se këto substanca mund të merren nga mollët dhe misër, si dhe të riciklohen lehtë dhe të përpunohen.
Rremiti i litiumit tashmë ishte konsideruar katodë më premtuese për industrinë e makinave nëse nuk do të ishte për dendësinë e kufizuar të tanishme (fuqia) dhe më premtuese për elektronikë portative, nëse jo një dendësi të ulët materiale (të ulët. ). Ndërkohë, kjo është vetëm një nga frontet më premtuese të punës. Akumulatorët

Çdo vit numri i pajisjeve në botë që punojnë nga bateritë po rritet vazhdimisht. Nuk është sekret se lidhja më e dobët e pajisjeve moderne janë bateritë. Ata duhet të rimbushen rregullisht, ata nuk kanë kapacitet të tillë të madh. Bateritë ekzistuese me vështirësi ju lejojnë të arrini punën autonome të tabletit ose kompjuterit celular për disa ditë.

Prandaj, prodhuesit e automjeteve elektrike, tableta dhe smartphones janë të angazhuar në kërkimin e mundësive për ruajtjen e sasive të konsiderueshme të energjisë në vëllime më kompakte të vetë baterisë. Përkundër kërkesave të ndryshme për bateritë për automjetet elektrike dhe pajisjet celulare, lehtë mund të mbani paralele mes tyre. Në veçanti, makina elektrike e njohur e Tesla Roadster është mundësuar nga një bateri litium-jon i projektuar posaçërisht për laptopë. Vërtetë, për të siguruar energji elektrike të makinave sportive, inxhinierët duhej të përdorin më shumë se gjashtë mijë bateri të tilla në të njëjtën kohë.

Nëse ka të bëjë me pajisjet elektrike ose pajisjet e lëvizshme, kërkesat universale për baterinë e së ardhmes janë të dukshme - duhet të jenë më pak, më të lehtë dhe të grumbullohen dukshëm më shumë energji. Cilat zhvillime premtuese në këtë fushë mund t'i plotësojnë këto kërkesa?

Litium-jon dhe bateritë polimer litium

Bateri për kamera litium-jon

Deri më sot, bateritë e litium-joneve dhe litiumit kanë marrë shpërndarjen më të madhe në pajisjet mobile. Sa për bateritë litium-jon (li-jon), ato prodhohen nga fillimi i viteve '90. Avantazhi i tyre kryesor është dendësia mjaft e lartë e energjisë, domethënë aftësia për të mbajtur një sasi të caktuar të energjisë për njësi të masës. Përveç kësaj, nuk ka "efekt të kujtesës" famëkeqe në bateri të tilla dhe ka një vetë-shkarkim relativisht të ulët.

Përdorimi i litiumit është mjaft i arsyeshëm, sepse ky element ka një potencial të lartë elektrokimik. Disavantazhi i të gjitha baterive litium-jon, i cili aktualisht është aktualisht ka një numër të madh të llojeve, është një plakje mjaft e shpejtë e baterisë, domethënë një rënie të ndjeshme në karakteristikat gjatë ruajtjes ose përdorimit afatgjatë të baterisë. Përveç kësaj, potenciali i kapacitetit të baterive moderne të litium-joneve, me sa duket, pothuajse të lodhur.

Zhvillimi i mëtejshëm i teknologjisë litium-jon janë furnizime me fuqi litium-polimer (li-pol). Në vend të elektrolit të lëngshëm, përdoret një material solid. Në krahasim me paraardhësin e saj, bateritë e polimerit të litiumit kanë një dendësi më të lartë të energjisë. Përveç kësaj, ajo tani është bërë e mundur për të prodhuar bateri në pothuajse çdo formë (teknologjia litium-jon kërkoi vetëm një formë trupore cilindrike ose drejtkëndëshe). Bateritë e tilla kanë dimensione të vogla, të cilat ju lejojnë të zbatoni me sukses ato në pajisje të ndryshme mobile.

Megjithatë, pamja e baterive litium-polimerike nuk ka ndryshuar situatën, në veçanti, sepse bateritë e tilla nuk janë në gjendje të japin rryma të mëdha të shkarkimit, dhe kapaciteti i tyre specifik është ende i pamjaftueshëm për të shpëtuar njerëzimin nga nevoja për të rimbushur vazhdimisht pajisjet e lëvizshme . Plus, akumulatorët e litium-polimer janë mjaft "kapriçioz" në veprim, ata kanë forcë të pamjaftueshme dhe një tendencë për të zjarrit.

Teknologjitë perspektive

Në vitet e fundit, shkencëtarët dhe studiuesit në vende të ndryshme punojnë në mënyrë aktive në krijimin e teknologjive më të avancuara të baterive të aftë për të zëvendësuar ato ekzistuese në të ardhmen e afërt. Në këtë drejtim, ju mund të alokoni disa nga drejtimet më premtuese:

- bateri litium-squfur (li-s)

Bateria e litium-squfurit është një teknologji premtuese, intensiteti i energjisë i një baterie të ngjashme është dy herë më i lartë se ai i litium-joneve. Por në teori ajo mund të jetë edhe më e lartë. Në një burim të tillë të energjisë, një katodë e lëngshme përdoret me përmbajtjen e squfurit, ndërsa është e ndarë nga elektroliti një membranë speciale. Kjo është për shkak të ndërveprimit të anodës së litiumit dhe katodës që përmban squfur, kapaciteti specifik u rrit ndjeshëm. Mostra e parë e këtij akumulatori u shfaq në vitin 2004. Që nga ky moment u arrit disa përparime, për shkak të së cilës bateria e përmirësuar e squfurit është në gjendje të përballojë një dhe gjysmë mijë cikle të shkarkimit të plotë pa humbje serioze në enë.

Përparësitë e kësaj baterie mund t'i atribuohen mundësisë së përdorimit në një gamë të gjerë temperatura, nuk ka nevojë të përdorin komponentët e mbrojtjes së përforcuar dhe me kosto relativisht të ulët. Një fakt interesant - ishte falë përdorimit të një baterie të tillë në vitin 2008 një rekord u ngrit në kohëzgjatjen e fluturimit në avionin në panelet diellore. Por për lirimin masiv të një baterie të litium-squfurit, shkencëtarët ende do të duhet të zgjidhin dy probleme kryesore. Është e nevojshme të gjesh një mënyrë efektive për të disponuar squfur, si dhe për të siguruar funksionimin e qëndrueshëm të furnizimit me energji në kushtet e ndryshimit të regjimit të temperaturës ose lagështisë.

- Bateritë e magnezit-sulfur (mg / s)

Kombinimi i baterive tradicionale të litiumit mund të akumuluesit e bazuar në komponimet e magnezit dhe squfurit. Vërtetë, deri kohët e fundit, askush nuk mund të sigurojë ndërveprimin e këtyre elementeve në një qelizë. Bateria e magnezit-squfurit duket shumë interesante, sepse densiteti i saj i energjisë mund të arrijë më shumë se 4000 W-b / l. Jo shumë kohë më parë, në sajë të hulumtuesve amerikanë, dukej se zgjidhet nga problemi kryesor që qëndronte në zhvillimin e baterive të magnezit-squfurit. Fakti është se për çiftin e magnezit dhe squfurit nuk kishte elektrolit të përshtatshëm në përputhje me këto elemente kimike.

Megjithatë, shkencëtarët arritën të krijojnë një elektrolit të tillë të pranueshëm për shkak të formimit të grimcave të veçanta kristalore që sigurojnë stabilizimin e elektrolit. Një mostër e një baterie magnez-sulfur përfshin një anodë nga magnezi, ndarës, një katodë e squfurit dhe një elektrolite të re. Megjithatë, ky është vetëm hapi i parë. Një model premtues, për fat të keq, ende nuk është dalluar nga qëndrueshmëria.

- bateri fluoride-jon

Një tjetër burim interesant i energjisë që është shfaqur në vitet e fundit. Këtu, për transferimin e akuzave midis elektrodave, anionet e fluorit janë përgjegjës. Në këtë rast, anode dhe katodë përmbajnë metale të konvertueshme (në përputhje me drejtimin e tanishëm) në fluoride, ose të rikthyer. Kjo siguron një kapacitet të rëndësishëm të baterisë. Shkencëtarët deklarojnë se burimet e tilla të energjisë kanë një dendësi të energjisë, dhjetë herë më të larta se mundësitë e baterive litium-jon. Përveç kapaciteteve të rëndësishme, bateritë e reja gjithashtu mund të mburren me rrezik të ndjeshëm më të vogël zjarri.

Shumë opsione u përpoqën për rolin e elektrolit solid, por zgjedhja, në fund të fundit, u ndal në Lantane Barium. Megjithëse teknologjia fluoride-jon duket zgjidhje shumë premtuese, nuk është e çuditshme. Në fund të fundit, elektroliti i ngurtë mund të funksionojë vazhdimisht vetëm në temperatura të larta. Prandaj, para hulumtuesve ka një detyrë për të gjetur një elektrolit të lëngët, të aftë për të punuar me sukses në temperaturën normale të dhomës.

- Bateritë e ajrit të litiumit (Li-O2)

Në ditët e sotme, njerëzimi kërkon të përdorë më shumë burime të energjisë "të pastra" të lidhura me gjenerimin e energjisë së diellit, erës ose ujit. Në këtë drejtim, bateritë e litiumit janë shumë interesante. Para së gjithash, ato konsiderohen nga shumë ekspertë si automjetet e ardhshme elektrike, por me kalimin e kohës ata mund të gjejnë përdorim në pajisjet mobile. Furnizime të tilla të energjisë kanë një kapacitet shumë të lartë dhe në të njëjtën kohë madhësi relativisht të vogla. Parimi i punës së tyre është si më poshtë: në vend të oksideve metalike në një elektrodë pozitive, përdoret karboni, i cili hyn në një reaksion kimik me ajër, duke rezultuar në një rrymë. Kjo është, oksigjeni përdoret pjesërisht për të gjeneruar energji këtu.

Përdorimi i oksigjenit si një material katodë aktive ka avantazhet e saj të rëndësishme, sepse është një element praktikisht i pashtershëm, dhe më e rëndësishmja, është absolutisht pa pagesë nga mjedisi. Besohet se dendësia e energjisë e baterive të ajrit të litiumit do të jetë në gjendje të arrijë një shenjë mbresëlënëse prej 10,000 vtc / kg. Ndoshta, në të ardhmen e afërt, bateri të tilla do të jenë në gjendje të vënë makina elektrike në një rresht me makineri në një motor benzinë. Nga rruga, bateritë e këtij lloji të lëshuar për Gadgets Mobile tashmë mund të gjenden në shitje të quajtur Polyplus.

- bateri nanophosphate litium

LIATIUM NANOFOSPHATE Furnizime janë gjenerata e ardhshme e baterive litium-jon, të cilat karakterizohen nga ngarkimi i lartë aktual dhe ultrafast. Për të përfunduar ngarkimin, një bateri e tillë kërkohet vetëm për pesëmbëdhjetë minuta. Ata gjithashtu pranojnë dhjetë herë më shumë cikle të ngarkimit në krahasim me elementet standarde të litiumit. Karakteristikat e tilla arritën të arrijnë për shkak të përdorimit të nanopartikulave të posaçëm të aftë për të siguruar një rrjedhë më intensive të joneve.

Një vetëkarkim i dobët mund t'i atribuohet avantazheve të baterive nanofosphate litium, mungesën e një "efekt të kujtesës" dhe aftësinë për të vepruar nën një gamë të gjerë të temperaturave. Bateritë nanofosfat litium janë tashmë të disponueshme në shitje dhe përdoren për disa lloje të pajisjeve, por shpërndarja e tyre ndërhyn me nevojën për një ngarkues të veçantë dhe peshë më të madhe në krahasim me bateritë moderne të litium-jon ose litium-polimer.

Në fakt, teknologjitë premtuese në krijimin e baterive të ringarkueshme është shumë më tepër. Shkencëtarët dhe studiuesit punojnë jo vetëm për të krijuar vendime krejtësisht të reja, por edhe për përmirësimin e karakteristikave të baterive ekzistuese litium-jon. Për shembull, për shkak të përdorimit të nanowires silic ose zhvillimin e një elektrode të re, e cila ka një aftësi unike për të "vetëfunksionuar". Sidoqoftë, në të njëjtën ditë është dita kur telefonat tanë dhe pajisje të tjera të lëvizshme do të jetojnë javë pa rimbushje.

Intensiteti specifik i energjisë i baterive moderne litium-jon arrin 200 W * H / kg. Mesatarisht, ajo vetëm e rrëmben vetëm 150 kilometra të drejtuar pa rimbushje, e cila nuk ka një krahasim me kilometrazhin në një karburant të makinave me djegie të zakonshme të brendshme. Në mënyrë që makina elektrike të bëhen në masë, ata duhet të kenë një kilometrazh të krahasueshëm. Për ta bërë këtë, ju duhet të sillni intensitetin specifik të energjisë të baterive të paktën deri në 350-400 W * H / kg. Llojet e ardhshme të baterive të përshkruara më poshtë do të jenë në gjendje të sigurojnë atë, edhe pse në secilin rast ka të tyre "por".

Bateritë litium-squfur përmban një kapacitet të madh të madh, që është pasojë që në procesin e reagimit kimik, çdo molekulë nuk jep një, por dy elektronet e lira. Energjia specifike teorike e tyre është 2600 W * H / kg. Përveç kësaj, bateri të tilla janë dukshëm më të lira dhe më të sigurta se litiumi-jon.

Bateria bazë Li-S përbëhet nga një anode litium, një katodë e squfurit dhe electrolyte, përmes së cilës kalojnë jonet e litiumit. Kur shkarkohet, ndodh një reaksion kimik, gjatë së cilës anoda e litiumit konvertohet në sulfur të litiumit, të rrethuar në katodë. Voltazhi i baterisë varion nga 1.7 në 2.5 v, në varësi të shkallës së shkarkimit të baterisë. Polysulfidet e litiumit të formuara gjatë reagimit ndikohen nga tensioni i baterisë.

Reagimi kimik në bateri shoqërohet nga një numër efektesh anësore negative. Kur sulfuri katodë thith jonet e litiumit nga elektrolite, formohet sulfuri litiumi Li 2 s, i cili depozitohet në katodë. Në këtë rast, vëllimi i saj rritet me 76%. Kur akuzohet ka një reagim të kundërt, duke çuar në një rënie në madhësinë e katodës. Si rezultat, katodë po përjeton mbingarkesa të rëndësishme mekanike, duke çuar në dëmin dhe humbjen e kontaktit me një koleksionist aktual. Përveç kësaj, Li 2 s përkeqëson kontaktin elektrik në katodë midis gri dhe karbonit (rruga ku elektronet lëvizin) dhe parandalon rrjedhën e joneve të litiumit në sipërfaqen e squfurit.

Një problem tjetër është për shkak të faktit se në procesin e reagimit midis gri dhe litium Li 2 s, nuk është formuar menjëherë, por përmes një sërë transformimesh, gjatë së cilës janë formuar polisulfides (Li 2 S 8, Li 2 S 6 , etj.). Por nëse squfuri dhe Li 2 s janë të pazgjidhshëm në elektrolit, pastaj polysulfides - përkundrazi, shpërndahen. Kjo çon në një rënie graduale të sasisë së squfurit në katodë. Një tjetër telashe është shfaqja e vrazhdësisë në sipërfaqen e anodës së litiumit kur kalon shkarkimin e madh dhe rrymat e ngarkimit. E gjithë kjo, e marrë së bashku, çoi në faktin se një bateri e tillë nuk ka mbajtur më shumë se 50-60 cikle të ngarkesës së shkarkimit dhe e bëri atë të papërshtatshëm për përdorim praktik.

Megjithatë, zhvillimet më të fundit të amerikanëve nga laboratori kombëtar ata. Lawrence në Berkeley lejohet të kapërcejë këto mangësi. Ata krijuan një katodë unike nga materiali i nanokomposite (Graphene dhe oksid squfur), integriteti i të cilave mbahet duke përdorur një shtresë elastike të polimerit. Prandaj, ndryshimi në madhësinë e katodës gjatë ngarkesës së shkarkimit nuk çon në shkatërrimin e saj. Për të mbrojtur squfur nga shpërbërja, është përdorur surfaktanti (substancë sipërfaqësore aktive). Meqenëse surfactant është kationik (i.e., ajo është tërhequr në sipërfaqen e shtresës së squfurit), ajo nuk ndërhyn me anionet e litiumit reagojnë me gri, por nuk lejon që polissulfide rezulton të shpërndahet në elektrolit duke i mbajtur ato nën shtresën e tyre. Gjithashtu është zhvilluar një elektrolit i ri në bazë të lëngjeve jonike, në të cilën polysulfides nuk shpërndahen. Ion lëng dhe shumë më i sigurt - nuk djeg dhe pothuajse nuk do të zhduket.

Si rezultat i të gjitha inovacioneve të përshkruara, performanca e baterisë është rritur ndjeshëm. Energjia fillestare e saj fillestare është 500 W * H / kg, e cila është më shumë se dyfishi i treguesit të baterive Li-Ion. Pas 1500 cikleve të shkarkimit 20 orësh (C \u003d 0.05), energjia e saj specifike ra në nivelin e baterisë së freskët Li-Ion. Pas 1500 cikleve 1 orëshe (C \u003d 1), rënia ishte 40-50%, por bateria ende ruante performancën. Kur bateria u testua në fuqi të lartë, i nënshtruar një cikli 10-minutësh të shkarkimit (C \u003d 6), edhe pas 150 cikleve të tilla, energjia e saj specifike tejkalonte energjinë specifike të baterisë së freskët Li-Ion.

Çmimi i vlerësuar i një baterie të tillë Li-S nuk do të kalojë 100 dollarë për kWh * H tank. Shumë inovacione të propozuara nga ekipi i studiuesve të Berkeley mund të përdoren gjithashtu për të përmirësuar bateritë ekzistuese Li-Ion. Për të krijuar një dizajn praktik të LIS, zhvilluesit po kërkojnë partnerë që financojnë përfundimet përfundimtare.

Bateri titanatic litium

Problemi më i madh i baterive moderne litium-jon është efikasiteti i ulët, i cili është i lidhur kryesisht me faktin se materialet që ruajnë energjinë zënë vetëm 25% të volumit të baterisë. 75% e mbetur bien në materialet inerte: trupi, filmat përçueshëm, zam, etj. Për shkak të kësaj, bateritë moderne janë shumë të rënda dhe të shtrenjta. Teknologjia e re përfshin një reduktim të ndjeshëm në materialet e "padobishme" në hartimin e baterisë.

Bateritë më të reja të litiumit të litiumit ndihmuan të kapërcejnë një mungesë tjetër të baterive Li-Ion - kohëzgjatjen e tyre të shkurtër dhe të rimbushjes. Gjatë hulumtimit, u konstatua se kur akuzohesh, jonet e litiumit detyrohen të "kapin" midis grafit mikroplastik, duke shkatërruar gradualisht elektrodat. Prandaj, grafit në elektroda u zëvendësua nga strukturat nga nanopartikalet e titanatit të litiumit. Ata nuk ndërhyjnë në lëvizjen e joneve, të cilat në fund çuan në një rritje fantastike në jetën e shërbimit - më shumë se 15,000 cikle për 12 vjet! Koha e ngarkimit nga 6-8 orë reduktohet në 10-15 minuta. Avantazhet shtesë - stabiliteti termik dhe toksiciteti më i vogël.

Sipas ekspertëve, bateritë e reja do të kenë densitet të energjisë, dy herë më të larta se treguesit më të mirë të baterive moderne litium-jon. Kështu, me një distancë të vazhdueshme të automjetit elektrik, bateria e saj do të jetë më e lehtë, dhe në të njëjtën peshë, rezerva e goditjes do të rritet ndjeshëm. Nëse keni arritur të drejtuar një bateri të re në një seri, atëherë kilometrazhi i automjeteve elektrike kompakte (të cilat nuk mund të pajisen me një bateri të madhe) do të rritet nga 150 km në 300 km në një ngarkim. Në të njëjtën kohë, bateritë e reja do të jenë gjysmë më të lira se sa aktuale - vetëm 250 dollarë për kW / h.

Bateritë e ajrit të litiumit

Teknologjitë nuk qëndrojnë ende, dhe shkencëtarët tashmë po punojnë për krijimin e një dizajni praktik të baterive litium-Air (Lio 2). Enë e saj teorike e energjisë është 8-10 herë më e lartë se ajo e litium-jon. Për të zvogëluar peshën e baterisë, duke ruajtur, ose edhe duke rritur enën e saj, shkencëtarët ofruan një zgjidhje radikale - refuzimi i katodës tradicionale: litiumi do të ndërveprojë drejtpërdrejt me oksigjenin nga ajri. Falë katodës së ajrit katalitik, supozohet të mos e rrisë intensitetin e energjisë të baterisë, por edhe të zvogëlojë pothuajse të njëjtën kohë vëllimin dhe peshën e saj.

Për prodhimin masiv, teknologjia litium-ajrore kërkon zgjidhjen e një pluraliteti të detyrave teknike dhe shkencore, ndër të cilat krijimi i një katalizatori efektiv, anode litium dhe një elektrolit të qëndrueshëm të qëndrueshëm, të aftë për të vepruar në temperatura të ulëta (deri në -50c). Përveç kësaj, është e nevojshme të zhvillohet një teknikë e pajisjes së katalizatorit në sipërfaqen e katodës, të krijojë një membranë që do të parandalonte depërtimin e oksigjenit në një anod të litiumit, si dhe të zhvillojnë metoda për prodhimin e elektrodave të veçanta poroze.

Me zhvillimin e teknologjive të pajisjes bëjnë më kompakte, funksionale dhe të lëvizshme. Merita e përsosjes së tillë bateri të rimbushshmeqë ushqejnë pajisjen. Për të gjithë kohën, shumë lloje të ndryshme të baterive që kanë avantazhet dhe disavantazhet e tyre janë shpikur.

Do të duket premtuese dhjetë vjet më parë litium jonik Bateritë, nuk i plotësojnë kërkesat e përparimit modern për pajisjet mobile. Ata nuk janë mjaft të pafuqishëm dhe shpejt pajtohen me përdorim të shpeshtë ose ruajtje të gjatë. Që atëherë, subspecies e baterive litium rrjedhin, të tilla si litium-fosfat, litium-polimer dhe të tjerët.

Por shkenca nuk qëndron ende dhe po kërkon mënyra të reja për të shpëtuar edhe më mirë energjinë elektrike. Për shembull, llojet e tjera të baterive shpikin.

Bateri litium-sulfur (li-s)

Squfuri i litiumit Teknologjia ju lejon të merrni bateritë dhe intensitetin e energjisë që është dy herë më shumë se prindërit e tyre të jonizimit të litiumit. Pa një humbje të konsiderueshme në kapacitet, ky lloj i baterive mund të rimbushet në 1500 herë. Avantazhi i baterisë është i fshehur në teknologjinë e prodhimit dhe paraqitjes, ku katodë e lëngët përdoret me përmbajtjen e squfurit, ndërsa është e ndarë nga një membranë e veçantë nga anoda.

Bateritë e squfurit të litiumit mund të përdoren në një gamë mjaft të gjerë të temperaturave, dhe kostoja e prodhimit të tyre është mjaft e ulët. Për aplikime masive, është e nevojshme për të eliminuar mungesën e prodhimit, përkatësisht asgjësimin e squfurit, i cili është i dëmshëm për ekologjinë.

Bateritë e magnezit-sulfur (mg / s)

Deri kohët e fundit ishte e pamundur të kombinosh përdorimin squfur dhe magnez Në një qelizë, por jo shumë kohë më parë, shkencëtarët ishin në gjendje ta bënin atë. Për punën e tyre, ishte e nevojshme të shpikin Electrolyte, e cila do të punonte me të dy elementet.

Për shkak të shpikjes së elektrolitit të ri për shkak të formimit të pjesëve kristalore që e stabilizojnë atë. Mjerisht, por një mostër me përvojë nuk është e qëndrueshme për momentin, dhe në një seri bateri të tilla nuk do të shkojnë më shumë.

Bateri fluoride jon

Për të transferuar akuza midis katodës dhe anodës në bateri të tilla, përdoren një anionet e fluorit. Ky lloj i baterive ka një enë që është dhjetë herë më shumë se bateritë e zakonshme të litiumit, dhe gjithashtu mburret me më pak rrezik zjarri. Elektrolit bazohet në Barium Lantane.

Do të duket se drejtimi i ardhshëm i zhvillimit të baterive, por gjithashtu nuk është i lirë nga mangësitë. Një pengesë shumë serioze për përdorim në masë është operacioni i baterisë vetëm në temperatura shumë të larta.

Bateri litium (li-o2)

Së bashku me arritjet teknike, njerëzimi tashmë po mendon për ekologjinë tonë dhe po kërkon burime të energjisë më të pastra dhe më të pastra. NË ajri i litiumit Akumulatorët në vend të oksideve metalike në elektrolite, karboni është përdorur, të cilat për të reaguar me ajër krijon një rrymë elektrike.

Dendësia e energjisë është deri në 10 kWh / kg, e cila u lejon atyre të përdoren në automjete elektrike dhe pajisje të lëvizshme. Duke pritur një pamje të shpejtë për përdoruesit e fundit.

Bateri nanofosfat litium

Ky lloj i baterive është brezi i mëposhtëm i baterive të litiumit të litiumit, ndër përparësitë që janë norma e ngarkesës së lartë dhe mundësia e rrymës së lartë. Për një pagesë të plotë, për shembull, kërkohet një pije freskuese për 15 minuta.

Teknologjia e re e përdorimit të grimcave të veçanta nano të aftë për të siguruar një rrjedhje më të shpejtë të joneve, të bëjë të mundur rritjen e numrit të cikleve të ngarkesës - shkarkimi 10 herë! Natyrisht, ata kanë një vetë-shkarkim të dobët dhe nuk ka efekt të kujtesës. Mjerisht, por e përhapur peshën e lartë të baterive dhe nevojën për një ngarkim të veçantë pengon të përhapur.

Si përfundim, mund të thuhet një. Ne së shpejti do të vëzhgojmë përdorimin e gjerë të automjeteve elektrike dhe veglave që do të jenë në gjendje të punojnë shumë kohë të madhe pa rimbushje.

Lajmet elektrike:

BMW Autoconecin prezantoi biçikletën e vet të elektrolit. BMW Bike elektrike është e pajisur me një përshpejtim motorik (250 W) deri në 25 km / h.

Sigurohuni qindra për 2.8 sekonda në makinën elektrike? Sipas thashethemeve, përditësimi P85D ju lejon të zvogëloni kohën e përshpejtimit nga 0 në 100 kilometra në orë nga 3.2 në 2.8 sekonda.

Inxhinierët spanjollë zhvilluan një bateri ku mund të përzënë më shumë se 1000 km! Është më e lirë nga 77% dhe akuzat në vetëm 8 minuta

Ekologjia e konsumit. Running dhe teknikë: E ardhmja e transportit elektrik varet kryesisht nga përmirësimi i baterive - ata duhet të peshojnë më pak, të paguajnë më shpejt dhe në të njëjtën kohë të prodhojnë më shumë energji.

E ardhmja e transportit elektrik varet shumë nga përmirësimi i baterive - ata duhet të peshojnë më pak, të ngarkojnë më shpejt dhe në të njëjtën kohë të prodhojnë më shumë energji. Shkencëtarët tashmë kanë arritur disa rezultate. Ekipi i inxhinierëve krijoi bateri të oksigjenit të litiumit që nuk e humbin energjinë dhe mund të shërbejnë si dekada. Dhe shkencëtari australian paraqiti një jonistor të bazuar në grafik, i cili mund të ngarkohet një milion herë pa humbje të efikasitetit.

Bateritë litium-oksigjen peshojnë pak dhe prodhojnë shumë energji dhe mund të bëhen komponente të përsosur për automjetet elektrike. Por bateritë e tilla kanë një disavantazh të rëndësishëm - ata shpejt konsumohen dhe dallojnë shumë energji në formën e nxehtësisë të humbur. Zhvillimi i ri i shkencëtarëve nga MTI, Laboratori Kombëtar i Argonit dhe Universiteti i Pekinit premton të zgjidhë këtë problem.

Krijuar nga ekipi i inxhinierëve bateri litium-oksigjen përdorin nanoparticles, të cilat përmbajnë litium dhe oksigjen. Në këtë rast, oksigjen kur shteti ndryshon, ajo ruhet brenda grimcave dhe nuk kthehet në fazën e gazit. Kjo përmban zhvillimin e baterive ajrore litium që marrin oksigjen nga ajri dhe prodhojnë atë në atmosferë gjatë reagimit të kundërt. Një qasje e re zvogëlon humbjen e energjisë (madhësia e tensionit elektrik është zvogëluar pothuajse 5 herë) dhe rrit jetën e baterisë.

Teknologjia e oksigjenit të litiumit është gjithashtu e përshtatur edhe për kushtet reale, në kontrast me sistemet ajrore të litiumit, të cilat janë të prishura nga kontakti me lagështirë dhe CO2. Përveç kësaj, bateritë në litium dhe oksigjen mbrohen nga ngarkimi i tepërt - sapo energjia të bëhet shumë, bateria kalon në një lloj tjetër të reagimit.

Shkencëtarët kryenin 120 cikle të shkarkimit të ngarkesës, ndërsa performanca u ul me vetëm 2%.

Deri më tani, shkencëtarët kanë krijuar vetëm një mostër të baterisë me përvojë, por gjatë vitit ata synojnë të zhvillojnë një prototip. Për këtë, materialet e shtrenjta nuk janë të nevojshme, dhe prodhimi është kryesisht i ngjashëm me prodhimin e baterive tradicionale litium-jon. Nëse projekti është zbatuar, atëherë në të ardhmen e afërt, automjetet elektrike do të mbahen dy herë më shumë energji në të njëjtën peshë.

Inxhinier nga Universiteti i Teknologjisë Sinbarne në Australi vendosi një problem tjetër të baterive - shpejtësinë e rimbushjes së tyre. Ionistor i zhvilluar nga ai është akuzuar pothuajse në çast dhe mund të përdoret për shumë vite pa humbje të efikasitetit.

Khan Lin përdorte grafene - një nga materialet më të qëndrueshme sot. Për shkak të strukturës që i ngjan qelizave, Graphene ka një sipërfaqe të madhe për ruajtjen e energjisë. Shkencëtari ka shtypur pllakat grade në një printer 3D - kjo metodë e prodhimit gjithashtu ju lejon të ulni kostot dhe rritjen e shkallës.

Ionistor krijuar nga shkencëtarët prodhon sa më shumë energji për kilogram peshë, por edhe bateri litium-jon, por ajo është e ngarkuar për disa sekonda. Në të njëjtën kohë, në vend të litiumit, Graphene është përdorur në të, e cila është shumë më e lirë. Sipas linjës Khan, jonistor mund të kalojë miliona cikle të ngarkimit pa humbje të cilësisë.

Sfera e prodhimit të baterive nuk qëndron ende. Vëllezërit Krazsel nga Austria krijoi një lloj të ri të baterive që peshojnë pothuajse dy herë më pak bateri në modelin Tesla S.

Shkencëtarët norvegjez nga Universiteti i Oslos shpikën baterinë, të cilat mund të jenë plotësisht. Megjithatë, zhvillimi i tyre është menduar për transportin publik urban që ndalon rregullisht - në secilën prej tyre autobusi do të rimbushet dhe energjia është e mjaftueshme për të arritur në ndalimin e ardhshëm.

Shkencëtarët e Universitetit të Kalifornisë në iquem iu afruan krijimit të një baterie të përjetshme. Ata zhvilluan një bateri nga nanowires, të cilat mund të rimbursohen qindra mijëra herë.

Dhe inxhinierët e Universitetit të Rajs arritën të krijojnë, duke vepruar në një temperaturë prej 150 gradë Celsius pa humbje të efikasitetit. Botuar