化学可以提供更好的锂离子电池吗?
发布时间:2018-09-19 15:47:39
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化学可以提供更好的锂离子电池吗?


来自世界各地的研究人员正在美国化学学会的会议上聚集新奥尔良,介绍有关锂离子电池技术的三十多份报告,重点介绍改进的组件,更好的性能和更高效的生产周期。


今年会议的主题是食物和能源。锂离子技术占据了很大程度,因为能源储存是清洁能源系统的关键技术,例如为电动汽车提供动力以及平滑风力和太阳能发电机的电力。


但正如波音787梦想飞机最近的电池问题所示,市场上的许多产品都有很多不足之处。


“最大的障碍是成本,”德克萨斯大学奥斯汀分校德克萨斯材料研究所所长Arumugam Manthiram说。他解释说,这不仅仅是电池的标价。储能设备必须持续足够长的时间以提供经济回报。


对于手机和笔记本电脑,锂电池非常有效,因为大多数消费者在电池耗尽之前进行升级。电池也占设备重量和成本的一小部分,可调节少量能量。


与汽车相比,电池可以高达15,000美元,并且可以使小型车辆的重量增加一倍。它们还能吸收和分散大量电涌,因此工程师需要投入更多时间和资源来确保电池安全,从而推高价格。


Manthiram在会议上展示了他对电池材料的一些研究,可以解决其中的一些问题。“材料是瓶颈,”他说。“我们还没有那种以低成本储存大量能量的神奇材料,它会长时间循环而且不会长时间充电。”


电池处理和回收研究一种方法是使用更好的阳极。目前的锂离子电池使用由石墨制成的阳极。当你快速给电池充电时,特别是在寒冷的环境中,锂离子可以在阳极上镀,形成树状突起,称为枝晶。如果枝晶足够长,它们可以触摸其他电池组件,造成短路,使电池失效。


Manthiram使用锑基纳米复合阳极,他说他可以设计出更安全,更耐用的电池,可以承受更高的电压。Manthiram表示,他还在调查其他电池化学成分,如锂 - 硫和钠离子,它们使用不同的材料并提供自己的优势。这样,工程师可以在电池的整个使用寿命期间降低成本。


处理废电池是另一个重要的研究领域。伍斯特理工学院助理教授Yan Wang正在介绍他在改进锂离子系统回收方面的工作。他解释说,锂电池已经达到每年110亿美元的产业,一些分析师预计,到2020年,这一产业每年将增长到500亿美元。随着越来越多的电动汽车上路,更多的风力发电机开始旋转,对电池及其原材料的需求材料会爆炸。


然而,可能没有足够的锂可供使用,美国制造商将不得不寻找国外供应,因为国内供应枯竭。此外,简单地将老化的锂电池倾倒入垃圾填埋场存在将危险化学品释放到环境中的风险。


然后回收利用成为最具吸引力的解决方案,但是分解锂电池可能是昂贵的,因为分离组件是繁琐的并且需要高能量设备如炉子。


Wang正在开发一种低温工艺,使用酸和溶剂将电池分解成有用的元素,如铁,镍,钴,锰和锂。利用它们不同的物理性质,该过程可以消除更容易分离的化合物。


王说,对于非常相似的材料,他的工艺仍然可以产生有用的产品而不会完全隔离它们。“我们的流程创新是我们不将这些元素分开;我们控制比例,”他说。这样,回收设备使用更少的能量,制造商在制造新电池时不必重新组合材料。


此次会议的研究人员还将重点展示他们在锂离子电池其他方面的工作,包括开发更高效的电解质,在纳米级别构建组件,以及确切地了解这些电池的工作原理

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