化學(xué)可以提供更好的鋰離子電池嗎？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-04 15:03
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今年會(huì)議的主題是食物和能源。鋰離子技術(shù)占據(jù)了很大程度，因?yàn)槟茉磧?chǔ)存是清潔能源系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，例如為電動(dòng)汽車提供動(dòng)力以及平滑風(fēng)力和太陽能發(fā)電機(jī)的電力。
但正如波音787夢(mèng)想飛機(jī)最近的電池問題所示，市場(chǎng)上的許多產(chǎn)品都有很多不足之處。
“最大的障礙是成本，”德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校德克薩斯材料研究所所長(zhǎng)Arumugam Manthiram說。他解釋說，這不僅僅是電池的標(biāo)價(jià)。儲(chǔ)能設(shè)備必須持續(xù)足夠長(zhǎng)的時(shí)間以提供經(jīng)濟(jì)回報(bào)。
對(duì)于手機(jī)和筆記本電腦，鋰電池非常有效，因?yàn)榇蠖鄶?shù)消費(fèi)者在電池耗盡之前進(jìn)行升級(jí)。電池也占設(shè)備重量和成本的一小部分，可調(diào)節(jié)少量能量。
與汽車相比，電池可以高達(dá)15,000美元，并且可以使小型車輛的重量增加一倍。它們還能吸收和分散大量電涌，因此工程師需要投入更多時(shí)間和資源來確保電池安全，從而推高價(jià)格。
Manthiram在會(huì)議上展示了他對(duì)電池材料的一些研究，可以解決其中的一些問題。“材料是瓶頸，”他說。“我們還沒有那種以低成本儲(chǔ)存大量能量的神奇材料，它會(huì)長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)而且不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間充電。”
電池處理和回收研究一種方法是使用更好的陽極。目前的鋰離子電池使用由石墨制成的陽極。當(dāng)你快速給電池充電時(shí)，特別是在寒冷的環(huán)境中，鋰離子可以在陽極上鍍，形成樹狀突起，稱為枝晶。如果枝晶足夠長(zhǎng)，它們可以觸摸其他電池組件，造成短路，使電池失效。
Manthiram使用銻基納米復(fù)合陽極，他說他可以設(shè)計(jì)出更安全，更耐用的電池，可以承受更高的電壓。Manthiram表示，他還在調(diào)查其他電池化學(xué)成分，如鋰 - 硫和鈉離子，它們使用不同的材料并提供自己的優(yōu)勢(shì)。這樣，工程師可以在電池的整個(gè)使用壽命期間降低成本。
處理廢電池是另一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。伍斯特理工學(xué)院助理教授Yan Wang正在介紹他在改進(jìn)鋰離子系統(tǒng)回收方面的工作。他解釋說，鋰電池已經(jīng)達(dá)到每年110億美元的產(chǎn)業(yè)，一些分析師預(yù)計(jì)，到2020年，這一產(chǎn)業(yè)每年將增長(zhǎng)到500億美元。隨著越來越多的電動(dòng)汽車上路，更多的風(fēng)力發(fā)電機(jī)開始旋轉(zhuǎn)，對(duì)電池及其原材料的需求材料會(huì)爆炸。
然而，可能沒有足夠的鋰可供使用，美國(guó)制造商將不得不尋找國(guó)外供應(yīng)，因?yàn)閲?guó)內(nèi)供應(yīng)枯竭。此外，簡(jiǎn)單地將老化的鋰電池傾倒入垃圾填埋場(chǎng)存在將危險(xiǎn)化學(xué)品釋放到環(huán)境中的風(fēng)險(xiǎn)。
然后回收利用成為最具吸引力的解決方案，但是分解鋰電池可能是昂貴的，因?yàn)榉蛛x組件是繁瑣的并且需要高能量設(shè)備如爐子。
Wang正在開發(fā)一種低溫工藝，使用酸和溶劑將電池分解成有用的元素，如鐵，鎳，鈷，錳和鋰。利用它們不同的物理性質(zhì)，該過程可以消除更容易分離的化合物。
王說，對(duì)于非常相似的材料，他的工藝仍然可以產(chǎn)生有用的產(chǎn)品而不會(huì)完全隔離它們。“我們的流程創(chuàng)新是我們不將這些元素分開;我們控制比例，”他說。這樣，回收設(shè)備使用更少的能量，制造商在制造新電池時(shí)不必重新組合材料。
此次會(huì)議的研究人員還將重點(diǎn)展示他們?cè)阡囯x子電池其他方面的工作，包括開發(fā)更高效的電解質(zhì)，在納米級(jí)別構(gòu)建組件，以及確切地了解這些電池的工作原理
