最も信頼性の高いリチウム電池技術を選択する方法

近年、中国では電気自動車や新エネルギーが重要な開発の方向性となっており、バッテリーはこの分野のコアテクノロジーと言えます。同時に、市場には多くのバッテリー関連のニュースがあります。 「X分X秒がフル充電され、バッテリー寿命が1000キロ」というニュースは大衆に驚かされます。ただし、専門家の観点からは、これらの目新しさのニュースに注意する必要があります。

バッテリー技術は近年進歩していますが、その性能は一般の期待からはほど遠いようです。電気自動車で使用されるパワーバッテリー容量は確かに増加していますが、その走行距離は十分ではありません。携帯電話側では、Samsungはバッテリーのエネルギー密度を適度に増加させただけであり、管理と設計の問題もありました。NOTE7は「ウォータールー」に悩まされていました。電池は社会のホットスポットになっていますが、電池の進歩には多くの可能性がありますが、実行可能な道を選んで通過することは容易ではないことを合理的に認識しなければなりません（社会に奉仕する工業化）。なぜなら、選択と研究開発には多くの努力が必要だからです。したがって、現在のリチウム電池業界および一般的なコミュニティの期待にとって、できるだけ早く迅速に動作するという一般の期待は理解できますが、業界の慣行では望ましくありません。したがって、リチウム電池技術を慎重に選択してスクリーニングすることが非常に重要です。

リチウムイオン電池は総合的な性能が高く、家電、電気自動車、さらにはエネルギー貯蔵産業の主力であることはよく知られています。近年、彼らに対する社会的および専門的な期待も高くなっています。現在、市場にはさまざまなリチウム電池技術があり、投資家や地方自治体の注目を集めています。ただし、これらのテクノロジーは一般的に混合されており、次の状況に欠けることはありません。一部のパッケージは非常に優れていますが、実際の高度なテクノロジーは大きな疑問符です。

このような背景の下、著者は、ポピュラーサイエンスと知識の宣伝を一般に実施するために、リチウムイオン電池をスクリーニングするための基本的な知識を紹介します。

リチウムイオン電池とは？それはどのように機能しますか？

リチウムイオン電池は二次電池（充電と放電を繰り返すことができる電池）であり、主に正極と負極の間を移動するリチウムイオンに依存して動作します。リチウムイオンは正と負の材料にエネルギーを蓄えるため、充電と放電の間に、Li +（リチウムイオン）は2つの電極間に挿入および挿入解除されます。エネルギー差は、保存/解放できるリチウム電池の量です。充電すると、Li +は正極からデインターカレートされ、電解質を介して負極に埋め込まれ、負極はリチウムに富む状態になり、正極は脱リチウム化された状態になります。次の図は、リチウムイオン電池の動作の典型的な概略図です。使用される反応システムは、最も古典的なコバルト酸リチウムカソード-グラファイトアノードです。

材料本体の性質の制限により、正の反応プロセス中、リチウムコバルト酸は一般に0.5個のリチウムイオンしか除去できず、それを超えると構造が崩壊して損傷します。したがって、リチウムコバルト酸の理論的容量は一般的に制限されています。わずか約140mAh / gで、負のグラファイトの理論密度は360mAh / gです。また、リチウムコバルト酸の放電の平均電圧は3.7V（実際には、最大充電電圧の4.2から約3Vに徐々に低下し、3.7が平均です）であると同時に、非常に低いことを考慮しますグラファイトの負の電位値、およびバッテリー内の他のさまざまなコンポーネントの比率、そして最終的に、約160 Wh / kgのエネルギー密度のリチウムバッテリー（携帯電話など）を取得できます。

エネルギー密度は、さまざまなバッテリーの最も基本的なコアパラメーターであり、オープンで透過的なデータである必要があります。ただし、一般的に使用されるリチウムイオン電池では、材料や技術システムが異なるため、エネルギー密度は数十（チタン酸リチウムなど）から約200 Wh / kgの範囲になります。この値が非常に高い（または非常に低い）場合は、次のことに焦点を当てる価値があります。一方で、技術者の努力により、高いエネルギー密度が得られ、祝う価値のある技術的な進歩があるかもしれません。一方で、パフォーマンスを誇張している人もいることは否定できません。エネルギー密度データが簡単にマークされない場合、消費者は購入/投資する前に慎重に考える必要があります（慎重な推測：タグ付けに消極的であるのは主にパフォーマンスの低下によるため）。バッテリーの基礎は電気化学科学であり、この分野では、単純ですが最も基本的な原理があります。どのタイプのバッテリーでも、エネルギーを蓄積するメカニズムは、電圧状況を知ることができるように、対応する電気化学反応方程式を書く必要があります。理論上の限界エネルギー密度などを決定します。これらは、バッテリーの最も基本的な情報にすぎません。このバッテリー技術がどれほど新しいものであっても（または関係者の言うこと）、その原理は化学反応式として記述され、紙に実装されて、学術界の常識のテストに耐えられるようにする必要があります。最近、バッテリーを宣伝している友人がいますが、営業担当者は、「漏れの恐れ」と電気化学の基本的な知識に違反する理論を言うため、最も基本的なバッテリー反応の原理について非常に躊躇しています。このテクノロジーを購入して採用する前に、慎重に検討してください。注意してください。電池の場合、電気化学反応のメカニズムが最も基本的な情報であり、透明性が必要であり、これは最初のステップにすぎません。バッテリーエンジニアリングの本当の障壁は、材料、全体的な構造、およびプロセスの最適化にあります。基本原則が明確であっても、実施の難しさを考慮する必要があります。新技術工学の苦労は、多くの人々の想像をはるかに超えています。ここ数十年で、中国の産業の成果は、技術者の努力、絶え間ない粘り強さ、そして厳密な研究から恩恵を受けてきました。中国の電池産業は、インダストリアルエンジニアリングにおける同じ現実的な実践精神と熱心な探求なしには、現在の成果を達成することはできません。

したがって、もう一度拡張させてください。 「グラフェン（ベース）（リチウムイオン）電池」、「グラフェン強化（リチウムイオン）電池」、「グラフェンアシスト（リチウムイオン）電池」については、これまで多くの疑問が分析されてきました。鉛蓄電池のような他の技術はありません）。

ここでも、グラフェンはリチウム電池に使用されており、負の活物質および導電性添加剤としてのみ使用できることが強調されています。負極材料は、初めて高コスト、低体積密度、超低効率であり、使用中に構造変化があります。コストが高く、基本的に不可能です。導電性添加剤として、他の炭素材料と競合し、明らかな利点はありません。また、プロジェクトの分散など、一連の実際的な問題にも直面しています。実際、今日の市場に出回っているさまざまなグラフェン電池技術の中には、電気化学反応方程式を明示的かつ公然と記述しているものはほとんどないため、科学的観点から同業他社をテストすることができます。その理由は考える価値があります。

さらに、Advanced Materialsは最近、グラフェンが近年バッテリーでほとんど進歩していない理由の長い要約を発表しました。元のアドレスは、Http：//onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201603421/abstractでした。専門家は現在それを中国語に翻訳しています。興味のある方は、http：http：//zhuanlan.zhihu.com/p/24844227の関連リンクをご覧ください。

対照的に、アルミニウムやマグネシウムなどの電池など、反応メカニズムの技術的信頼性を超えた多くの新しいポイントが存在するため、少なくともこの技術についてさらに議論および分析する余地があります。

名前を付けることが重要です-それが信頼できるかどうかにかかわらず

名前を付けることは重要です-キャッチーな名前を持つことは記憶とコミュニケーションに良いです。このように普及している「グラフェン電池」は市場にたくさんあります。主な利点は、覚えやすいことです。対照的に、3つのリチウム電池、シリコン負電池がより一般的であるように見えます。コミュニケーションを強化することは重要ですが、名前が重要すぎて真にコアで競争力のあるテクノロジーを隠したり歪めたりできない場合は、ある程度名前の問題になります。実際、リチウム電池は一般的に業界で一般的な規則で命名されており、ここで簡単に紹介することができます。

1）リチウム電池のカソード材料は、リチウム電池のエネルギー密度において最も重要な決定リンクであることが多いため、最も重要なコンポーネントにちなんで名付けられました。たとえば、リン酸鉄リチウム電池、三元電池、リチウムコバルト酸電池などです。近年の技術の進歩に伴い、高性能の負極材料が登場または登場しているため、後のシリコン負極（電池）を含むチタン酸リチウム電池の命名も合理的です。同様に、この原理は、ニッケル水素、鉛酸などの他のシステムのバッテリーにも適用できます。ほとんどのバッテリー名は、最初にコア反応を要約することができます。ここで強調する必要があるのは、グラフェンが少ないリチウムイオン電池はグラフェン電池とは言えず、グラフェンが少ないリチウム空気電池はグラフェン電池とは言えないということです。これは、MSG魚肉を追加するようなものであるか、魚肉としてのみ見なされます。もちろん、グラフェンの添加が性能を向上させる場合、科学的研究と産業が納得できるように、向上した性能はその効果を証明する必要があります。

2）反応機構/特性にちなんで名付けられた、最も典型的なものは液体フロー電池です。液体フロー電池は、液体の形で存在する正と負の物質です。それらは、異なるキャビティ内のダイアフラムによって分離されています。それらは電気化学的応答のためにポンプによってダイヤフラムインターフェースに輸送され、電気エネルギーによって貯蔵または放出されるバッテリーを実現します。一般的な観点から、液体フロー電池は、反応液を界面に送り込んで電流を貯蔵するいくつかの化学タンクであると理解できます。このようなバッテリーは、エネルギー密度がわずか数十Wh / kgと低く、産業用固定ストレージにのみ適しており、自動車にはほとんど使用できません。液体フロー電池のバナジウムシステムは比較的成熟しているため、バナジウム電池と呼ばれることもあります。以前のレポートによると、「バナジウム」バッテリーは自動車に使用されており、市場規模は数兆ドル、走行距離はNキロメートルです。専門家の観点からは、メッセージは誤りです。もちろん、著者はバナジウム液体フロー電池の意味を否定していません。そのような電池は長寿命であるため、貯蔵が容易な場所では、エネルギーの適用シーンには独自の利点があります。

予備的な要約：バッテリーは、メイングループ要素にちなんで名付けられるか、反応メカニズムと特性にちなんで名付けられます。つまり、最もコアなコンポーネントまたは最も代表的な特性にちなんで名前を付ける必要があります。そのような原則の命名から切り離されると、その背後に謎があるかもしれません：人気のある概念でパッケージを処理する意味があるかもしれません、そしてそれはその技術的本質のカバーかもしれません。したがって、著者は、一般の人々がいくつかの専門的でファッショナブルなバッテリーの名前を見るとき、ルートの名前から始めて、トーチのように見える必要があることをお勧めします。

第三に、良いニュースと悪いニュースの宣伝で何に注意を払うべきですか？

最近では、「一度に2日間の充電、エネルギー密度1000 Wh / kg、50％の性能向上、X年の寿命」など、販促資料の事実を誇張している電池が多い。それ。しかし、テストした後、多くの人は、そのようなバッテリー技術が宣伝されているほど実際には魔法ではないことに気付くかもしれません。では、どのようにして根の細胞をふるいにかけるのですか？

簡単なルール：多くの企業は自社を宣伝し、良いニュースを宣伝しています。つまり、10個の非常に重要なコアプロパティのうち5個だけがマークされています。わからない場合は、他の5つのパフォーマンスは業界平均ほど良くない可能性があります。エンジニアリングアプリケーションテクノロジの場合、製品のパフォーマンスのすべての側面が基本的なパスラインに到達する必要があります。そうでない場合、実際には使用できません。したがって、バッテリーの特定のパフォーマンスが本当に良い場合、会社は間違いなく肯定的に報告しますが、それが積極的にマークされていない場合、パフォーマンスが十分に行われない可能性が非常に高くなります。

したがって、実際に各バッテリーの性能を調べることをお勧めします。テクノロジープロバイダーがこれらのパフォーマンスを開示しない場合、この領域にショートプレートが存在する可能性が高くなります。著者は、バッテリーの性能の相対的な反対に特に注意を払う必要があると考えています。たとえば、急速充電バッテリーはそのエネルギー密度を知る必要があり、エネルギータイプのバッテリーはその電力密度、寿命、特に体積関連の密度パラメーターを知る必要があります。これにより、実際の製品と一致しない製品を購入する可能性が低くなる可能性があり、最悪の場合もそれと交渉する可能性があります。

一般に、バッテリー製品は、一般に、その質量エネルギー密度、体積エネルギー密度、質量電力密度、体積電力密度、寿命、電圧、コスト（価格情報はパンフレットに記載されていない場合があります）、適用可能な環境、安全性を導入する必要があります。ここで強調することが重要です：1）体積エネルギー密度は非常に重要です。同じ質量とエネルギーのバッテリーは、実際のサービススペースに完全に差し込むには大きすぎる場合は使用できません。携帯電話は、まさに体積スペースが小さいため、コバルト酸リチウム電池の中で最大の体積エネルギー密度を使用しています。 2）電力密度、つまり急速充電に関連する特性が人気があります。ここで、著者は、バッテリー本体の性能は十分に良好であり、急速充電への寄与は、電気制御や他のリンクと比較して半分以上であると信じていることを強調する必要があります。電力密度と急速充電の分析については、前の記事「数分間言葉でいっぱいで、他のパフォーマンスは言われていない急速充電技術は不正です」を参照してください。

IV。 2つの宣伝戦略のスクリーニング

1つ：「パフォーマンスの向上XX％」。これは意味があると言えますが、参考資料の改善の説明はメーカーの手に委ねられているため、意味がないとも言えます。メーカーは対照サンプルとして性能の悪いサンプルを作ることができます。 -そして研究者たちはこのプロセスに非常に精通しています。したがって、重要なのはメーカーの相対的な増加ではありませんが、その性能の絶対値（XX強化リン酸鉄電池のエネルギー密度の35％の増加など）を実際に確認することができます。基本/強化されたエネルギー密度の値は何ですか？ 100 Wh / kg？ 130 Wh / kg？そして..。

2番目：「継続するキロメートル数、スタンバイX日」。これは科学的にそれほど厳密ではない表現です。公衆はそのようなデータを信じず、上記のバッテリー本体の「ハードインジケーター」にもっと注意を払うことをお勧めします。その理由は次のとおりです。

Xキロメーターは「ワンカーバッテリー」方式で多数のバッテリーを積み重ねることで耐久性を最大化することができますが、これは実際のサービスでの電気自動車の実際の負荷とはまったく異なります。参考までに（および新バージョン）電気自動車の仕様では、バッテリーが車両全体の重量比を占めることをすでに規定し始めています。

スタンバイX-dayも通常の消費電力とは異なります：スタンバイテスト条件は何ですか？省電力モードをオンにする必要がありますか？ Wi-Fi機能をオフにしますか？これらの要素は一般的に言及することはできません。民間部門でこのような非厳密なテストを行うことも可能です。しかし、それが地元の産業投資に上る場合、それは多額のお金と人的資源の投資を伴います。地域開発のための政策ガイドラインなどの感情的な言葉を使用し、数千万ドルを資金に投資します。無謀です。

5.明日のスターテクノロジーのうち、より有望なものはどれですか？

科学者や技術者の絶え間ない努力により、近年、多くの新しいエネルギー貯蔵技術が徐々に成熟してきており、今後数年で私たちの生活に参入し、世界に変化をもたらすことが期待されています。これらの明日のスターテクノロジーでは、技術的なルートと成熟度が異なり、これを簡単に紹介することができます。

全固体電池技術：安全性、エネルギー密度、および柔軟性などの特別な機能に対応します。現在、いくつかの技術ルートは工業化の条件に近いです。今後数年以内に製品が登場するはずであり、すべてのセラミックなどの高度な技術ルートは、特別な高性能バッテリーに向けられ、今後数年で成熟する可能性があります。望む。

リチウム硫黄電池技術：サイクルとデンドライトの安全性を解決することは大きな問題であり、その技術の成熟時間は長くなる可能性があり、主な解決策は高エネルギー密度方向の要求です。

ナトリウムイオン電池技術：固定エネルギー貯蔵のニーズをより重視し、この技術は現在実験研究中です-産業インキュベーション段階、Enli EnergyとAquionの技術は注目に値します、これの導入を強化するために日本にもメーカーがありますアスペクト製品。

金属空気二次電池技術：このタイプの電池は、理論的には非常に高いエネルギー密度を達成できますが、実際には、大きな過電圧、反応速度の悪さ、空気中の不純物ガスの副反応などの問題に直面しています。低いほど、工業化に必要な時間が長くなる可能性があります。

追記：

リチウム電池に関連する新エネルギー産業は現在急速に発展しており、中国政府の熱烈な期待を体現しています。一般的に、リチウム電池業界は急速に発展してきましたが、過去2年間で、驚きと失望（欺瞞など）がありました。業界が人を惹きつけるのは本当に良いことですが、声や動機の異なる人がいることは避けられません。私たちにできることは、業界の健全な発展を促進し、社会資源の配分を合理的に最適化し、生産研究研究の経験に基づいて声を出し、業界外のより多くの人々が業界の基本的な状況を理解できるようにすることです業界、したがって業界全体の健康を促進します。開発はそれ自身のわずかな強さに貢献します。

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