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汽车电池的首选原材料是什么?锂可以称王吗?

来源:本站原创 发表日期:2020-05-10 23:32:31

汽车电池

一年前,理工学院的研究人员在电动汽车开始行驶在道路上时,他们采访了大约500名驾驶者的习惯,以找出这些汽车的适用性。大约有三分之一的人感觉能够行驶160公里以外,电动汽车完成大部分行程。

人们旅行的次数越多,他们在途中可以充电或租用汽油车的可能性就越大。这些天情况变好了。许多电动车一次充电可以行驶两倍以上的距离,而一些大型且昂贵的车型可以行驶约400公里。然而,许多潜在的买家担心他们的动力不足。启用电动汽车的电池由索尼在1991年商业化的锂离子电池组成。锂离子电池之所以与众不同,是因为它们的高储能能力。

现代设备可以在一个公斤套件中包装200Wh的电势,能量密度为200Wh/kg。这是传统铅酸电池的5倍改进。研究人员一直在努力改进。锂离子电池的名字来源于它们在锂离子中的运动(锂原子没有电子,因此带正电的锂原子)。这些电池放电后,会在一个电极(阳极)上产生离子。然后将其穿梭通过隔板,隔板可以使液体电解质穿过隔板并进入第二电极即阴极。前者在阳极剥离,并沿着外部电路流向阴极。这产生了可用于为电动机供电的电流。在阴极处,离子和电子复合,电池停留在原位,直到将电池插入充电器并且整个过程相反。

锂是元素周期表中最轻的金属,对于汽车等对重量敏感的应用很方便。但这也是反应性的。电池必须精心构造,以避免可能引起短路和火灾的缺陷。阳极通常由富碳材料组成。阴极处的锂倾向于成为氧化物的一部分,通常是钴酸锂。钴是电池中最昂贵的材料,生产商正在努力减少电池的使用。许多钴也来自刚果民主共和国,矿工的条件很黑暗。减少钴使用的一种常见方法是用镍和锰代替钴,以生产所谓的NMC电池。

去年,中国最大的电动汽车电池制造商CATL开始批量生产能量密度为240Wh/kg的NMC电池。包括特斯拉在内的其他公司希望走得更远,并彻底消除钴。但是,就特斯拉而言,它被监禁以获取详细信息。伴随着CATL,特斯拉及其竞争对手经营的大型工厂的规模经济,它在稳步降低电池价格的同时降低了材料成本。根据研究公司NEF的数据,2010年,该价格平均为每千瓦时1,160美元。到2024年,它可能跌破100元。在这一点上,电动汽车与内燃机汽车竞争激烈。从更广泛的角度来看,该领域的许多人正在使用固态电池而不是液态电解质来实现希望。

锂离子可以穿过某些固体电解质。这些电池将提供使用不同电极材料以获得更安全和更高能量密度的可能性。这些可靠的建议中,最新的是由韩国和日本三星研究院的Dongmin领导的小组开发的设计。它使用NMC阴极,由银和碳的复合材料制成的阳极以及基于称为银辉石的物质,银,锗和硫的化合物的固体电解质。根据研究小组三月份发布的一篇论文,该电池的能量密度为每升900Wh。即与现有的锂离子电池相比,容量增加了一倍。

研究人员估计,这种电池的能量为430Wh/kg。这将操作约800公里长的电动汽车。琼脂糖细胞不会生长出称为树突的有害针状晶体,而在锂离子电池充电时会发生这种现象。研究小组认为,这种电池应该比目前的电池“更具成本效益”。不幸的是,对于真正的驾驶员来说,无法确定何时或如何进行量产。这是这些设备的常见问题。德克萨斯大学奥斯汀分校的电池专家指出了固态电池方法的两个主要障碍。

首先,面对面放置的两种固体具有有限的接触点,离子可以通过这些接触点在电极和电解质之间通过。