リチウム空気電池の飛躍的進歩-技術と特性

私たちは皆、テクノロジーが過去数世紀にわたってもたらした革命に驚嘆しています。ただし、この技術革命が進化すればするほど、より多くのエネルギーを消費するため、二酸化炭素排出量が膨大になります。毎日より多くのエネルギーを生産するために需要のある支配的な分野は運輸部門です。当然のことながら、世界中の多くの都市に影響を与える一般的な都市汚染のような複数の環境合併症を引き起こすのは同じ部門です。

統計によると、国のCO排出量の50％以上が運輸部門によって占められており、排気管が隅々から大気中に咳をしているのが一般的です。しかし、化石燃料の予見可能な制限と環境への環境保護へのより大きな重点により、過去数十年にわたって大きな改善が見られました。輸送システムは現在電化されており、たとえば、電車や車両は、ある場所から別の場所に移動する新しい脚光を浴びています。これは、汚染の問題を抑制し、環境を保護しながらより多くのエネルギーを節約するための潜在的な解決策として役立ちます。

輸送システムの電化の進展は、完璧なエネルギー貯蔵システムがないため、人々が期待するほど速くはありませんでした。しかし、リチウムイオン電池の導入以来、より環境に優しく、より刺激的な環境の開発が大幅に促進されてきました。リチウムイオン電池は、この「グリーン」プロジェクトを後押しする最も強力なエネルギー源の1つと見なされています。

ただし、これらのセルはまだ完全には存在しないため、これらのセルのより良いバージョンを開発するために行われている研究はまだあります。リチウム空気電池は、通常のリチウムイオン電池よりも大きなエネルギー密度を運ぶことが理論的に証明されています。また、地球表面の二酸化炭素排出量を大幅に削減できる、将来で最も信頼性の高い電源になるという驚くべき可能性も示しています。

3.2V 20A低温LiFePO4バッテリーセル-40℃3C放電容量≥70％充電温度：-20〜45℃放電温度：-40〜+ 55℃鍼灸試験合格-40℃最大放電率：3C

もっと見

リチウム空気電池技術にはブレークスルーがありますか？

科学者たちは何年もの間、他のリチウムイオン電池よりも強力で、安定していて、環境に優しく、長持ちする電池を考え出そうとしてきました。 1995年に、注目に値するリチウム空気電池が発見されました。このバッテリーは、通常のリチウムイオンバッテリーに比べてエネルギー密度が高く、安定性が高いため、あらゆる用途で安全です。リチウム空気電池は、次のようなアプリケーションでさまざまなブレークスルーを達成しました。

車両

電気自動車の製造にリチウム空気電池を使用することへの関心が高まっています。これらのバッテリーは、理論的に高い比sと体積エネルギー密度を持っているため、ガソリンよりもはるかに大きくなります。これらのバッテリーを使用する電気モーターは、内燃エンジンによって与えられる30％よりも高い約95％のより大きな効率を提供します。リチウム空気電池は、車両の標準的な燃料タンクの約3分の1のサイズのバッテリーパックを製造することができます。

グリッドバックアップ

通常、太陽電池によって生成されたエネルギーの約20％は、バッテリーを充電するときに失われます。したがって、ハイブリッド太陽電池の導入により、リチウム空気電池を使用する機会が生まれました。これは、ハイブリッドが生成されたエネルギーの100％を保存するためです。

リチウム空気電池はどのように機能しますか？

リチウム空気電池は、金属空気電池として特徴付けられます。詳細には、これらは金属ベースのアノード電極と空気ベースのカソード電極からなる電池です。電極は、空気から常に酸素を抽出するように設計されています。

電池は一般的なリチウムイオン電池と同じ動作原理を持っています。リチウムイオンは、電解質を横切って2つの電極間を移動します。放電中、リチウムイオンがカソードに移動する間、電子は外部回路をたどります。充電期間になると、リチウムイオンはアノードに移動し、それによって酸素を解放します。この原理は、水性および非水性の両方のリチウム空気電池を対象としています。ただし、水性リチウム空気電池には、リチウム金属が存在する水と反応するのを防ぐために、負極に保護層が必要です。

アノード

アノードは通常、リチウム金属でできています。ここで、電気化学ポテンシャルは、リチウム金属に酸化によって電子を放出させる。これは、カソードの酸素を除外します。ただし、アノードで提起されるいくつかの課題があります。アノードが電解質と反応するのを防ぐことは大きな問題です。なぜなら、そこにあるリチウム金属は樹枝状のリチウム堆積物のリスクがあり、これによりエネルギー容量が減少したり、短絡が発生したりする可能性があるからです。

低温高エネルギー密度頑丈なラップトップ ポリマー バッテリーバッテリー仕様: 11.1V 7800mAh -40℃ 0.2C 放電容量 ≥80%防塵、耐落下性、耐腐食性、耐電磁干渉性

もっと見

陰極

カソードでの充電中、酸素はその電子の一部を還元によってリチウムに与えます。カソードはメソポーラスカーボンでできており、メタ触媒を使用して還元速度を高め、電極の比容量を増やします。通常、マンガン、銀、コバルト、ルテニウム、白金、またはマンガンとコバルトの組み合わせが最適な触媒として機能します。

陰極にもいくつかの欠陥があります。電極に影響を与えない大気中の酸素を見つけることは一般的ですが、水蒸気などの汚染物質が電極を損傷する可能性があります。また、多孔質カーボンカソードが過酸化リチウムでブロックされているために放電が不完全な場合も、もう1つの大きな制限です。リチウム空気電池の性能は、通常、カソードでの反応の効率によって制限されます。これは、ほとんどの電圧降下がカソードで発生する傾向があるためです。

電解質

他のバッテリーと同じように、リチウム空気電池にはイオンと電子の移動のための電解質が必要です。ただし、これらのバッテリーに関しては、4つの異なるバージョンの電解質が使用されています。これらには、水性酸性、水性アルカリ性、非水性プロティック、およびアプロティックが含まれます。

リチウム空気電池の特徴は何ですか？

リチウムイオン電池について報告されている最高の比エネルギーは362Wh / kgであり、リチウムイオン電池よりもはるかに高い可能性がありますが、期待される実用値の約20％しか得られない傾向があります。リチウムイオンは約180Wh / kgの比エネルギーを運び、これはリチウム空気電池よりもはるかに低いです。リチウム空気電池の比出力も約0.46mW / gです。

最後の言葉

リチウム空気電池は、多くの分野でリチウムイオン電池よりも優れていることが証明されていますが、主要なアプリケーションにはまだ採用されていません。これは、バッテリーの機能が主に理論上のものであり、したがって、より多くの研究と実験を実行する必要があるためです。しかし、リチウムイオン電池の未来は明るいと思います。「ゴーグリーン」の世界を実現するためには、そのような電池を開発に適応させる必要があるからです。