リチウム硫黄/リチウム空バッテリーにパワーバッテリーの用途が見込めないのはなぜですか？

比エネルギーの改善は、電気自動車シリーズのコアテクノロジーの方向性となっています。

理論的には、バッテリーの負荷を積み重ねて範囲を大幅に拡大することもできますが、それに応じてコストと重量を増やすこともできますが、経済性と安全性の観点から、実際には利益よりも害があります。

武漢大学のai教授は、既存の車両の技術的条件について、最も合理的な設計は、300kmの範囲に対応する300wh / kgのモノマーでなければならないと言います。 400kmの範囲に対応するモノマー400wh / kg;そして、モノマーが500 wh / kgを実行すると、寿命は500kmに達することができます。

実際、業界は一般的に、短期目標のリチウム電気技術は3元の高ニッケルアノードを介して行われ、シリコンカーボンネガティブは300 wh / kgを達成することを認めています。中期目標（2025年）は、豊富なリチウムマンガンベース/大容量アノードに基づいており、SiCはモノマー400wh / kgを達成します。前進は、500 wh / kgのエネルギーを実現するためのリチウム硫黄、リチウム空気電池の開発です。モノマー比の。

これに対して、aiは、2020年に2020 wh / kgに到達するために、セキュリティが確実でないことに加えて、技術的なリスクはないと述べました。中期目標については、計算結果によれば、正容量400 wh / kg要件250mah / g、陰極容量800 mah / g、現在の材料システムへの要求は実現可能である。

そして、長期目標、リチウム硫黄、500 wh / kgをはるかに超える空の理論値（2600 wh / kg、リチウム硫黄ガス11000 wh / kg）ですが、その実現可能性を考慮する必要があります。

リチウム金属のうち、リチウムはカソードとして使用され、バッテリーのアノードシステムとしての空気中の酸素は、もちろん、キャリアへの反応として酸素電極多孔質炭素を必要とします。近年、触媒の選択、メカニズムの研究、電解質の選択において、充電式電池は大きな進歩を遂げましたが、製品として、リチウム空気電池には4つの致命的な欠陥があります。

まず、水分管理の問題。リチウム空気電池はオープンシステムであり、リチウムイオン電池リチウムは空気中の酸素を使用するために空であり、水は空気中に含まれているため、リチウムは水と反応します。空気と防水の両方が必要ですが、これは問題を解決するのが困難です。

第二に、酸素の接触還元です。酸素の反応速度は非常に遅く、酸素を改善するには効率的な触媒反応性を採用する必要があり、現在は貴金属触媒であるため、燃料電池の開発を制限してきた効果的な安価な触媒を開発する必要があります。

第三に、充電式リチウムの金属アノードです。また、業界の問題はリチウムデンドライトであり、過去60年間、多くの研究者が波を次々と進めていますが、まだ進歩していません。

第四に、分解の生成物排出です。リチウム電池の放電空積は酸化リチウムであり、固体の酸化リチウムが再び酸素とリチウムに触媒分解されます。

リチウム空気電池の何世紀にもわたる困難な問題を集めるために、その実現可能性はいわばスリムでした。リチウム硫黄電池とそのマイナス用途の金属リチウム、硫黄のプラス用途、硫黄容量は非常に高く、1600 mah / gであるため、誰もがその原因を研究しています。

しかし、リチウム硫黄電池には、電極サイクルの性能が低い場合に多くの問題点があります。硫化リチウムを直接生成しない場合の硫黄電極の放電が、多硫化リチウム中間体の生成を伴って徐々に回復します。多硫化物リチウムは電解液に溶解し、侵食を溶解します。一方、ポリサルファイドリチウムの溶解は、カソードの還元に広がり、再びアノードの酸化、シャトル効果で、低いクーロン効率と高い自己放電につながります。他方、リチウム溶解ポリサルファイドは、アノードで充電する過程で、好ましくは表面に堆積し、不活性化のための電極面ジャムの表をもたらし、その結果、電極サイクル性能が低下する。

現在、研究コミュニティの方法は、多孔質炭素材料の硫黄イオンの吸着をブロックし、溶解した損失を減らすために使用されています。この戦略は学術的には非常に効果的であるように思われますが、実際の役割は非常に限られています。実験室での研究作業の主な違いは、小さなボタン電池に基づいています。電極は非常に薄く、硫黄容量は高くなく、総硫黄含有量は約数mgレベルです。硫黄含有量が多く、実際のバッテリー（g）であり、電極が非常に厚く、硫黄単位の負荷が非常に高くなっています。

863プロジェクトのリチウム硫黄電池のai教授のように、実験室は硫黄/炭素複合材料の1000倍で循環できますが、実際の電池では数回しか循環できず、場合によっては電源が出ないこともあります。これが理由です。 。

2番目の質問のリチウム硫黄電池は充電式リチウムのアノードであり、短時間の問題を解決することも困難です。電気化学反応のプロセスにはいくつかのシリーズが含まれている必要があります。最初のプロセスは、反応物のバルク溶液からトランスミッションの表面の電極までであり、液体物質移動と呼ばれます。電極表面の反応物が電子を獲得または喪失するための2番目のプロセスである、生成物を形成するプロセスは、電気化学反応ステップと呼ばれます。どの速度が遅いか、電極反応はどのステップで制御されます。

リチウム電極の場合、電子交換プロセスは非常に高速であるため、液体の伝達はその制御ステップの応答であり、溶液からこのステップの電極表面へのリチウムイオンオントロジーの伝達は比較的遅い。それはいくつかの問題をもたらします、液相移動は重力があり、対流が存在し、各点の電極表面の対流速度が同じでない限り、実際には対流の影響を受けます。したがって、それぞれの反応速度も異なります。長い高速のリチウムイオン透過距離が短い場合、リチウムの堆積速度はますます速くなり、これがリチウムデンドライトの成長の理由です。

もちろん、負であり、電流分布間の距離も異なります。これは、リチウムデンドライトの成長につながる重要な原因でもあります。明らかに、実際のバッテリーのこれらの要因を回避することは困難であり、その結果、充電式リチウムによって引き起こされるデンドライトの成長は方法がないとは言えませんが、効果的な解決策を見つけることは困難です。

3つ目の問題は、硫黄リチウム電池の体積が少ないことです。おそらくリチウム鉄リン酸塩電池だけです。硫黄は絶縁体であるため、導電性にし、拡散させ、大量の炭素を採用する必要があります。アスペクト比の表面では、硫黄/炭素複合材料の密度につながります。さらに、硫黄の反応は最初に再び溶存堆積物であるため、電極には大量の液体輸送チャネルが存在する必要があります。

そして今、硫黄リチウム硫黄電池の電極ポールピースのほとんどは圧力ではなく、どのような種類、特に高い多孔性であるため、体積エネルギー密度は非常に低くなります。自動車、特に乗用車の場合、エネルギー密度が一定の値に達すると、乗用車のバッテリーの場所がそれほど多くないため、体積エネルギー密度がより重要になります。したがって、この意味から、少なくともビークルダイナミクスの分野では、リチウム硫黄電池は希望がありません。

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