Language
Country/Area
No result found
Тайна литий-воздушных аккумуляторов: почему их называют будущей звездой электромобилей?
Поскольку спрос на электромобили и возобновляемые источники энергии растет, литий-воздушные аккумуляторы (Li-air) быстро стали объектом внимания отрасли из-за их теоретически высокой плотности энергии. Литий-воздушные батареи представляют собой металло-воздушные электрохимические элементы, которые генерируют электрический ток посредством окисления лития на аноде и восстановления кислорода на катоде. Сообщается, что аккумулятор, в котором литий реагирует с кислородом из окружающей среды, потенциально может обладать плотностью энергии, сопоставимой с плотностью энергии бензина в двигателях внутреннего сгорания.
Теоретически плотность энергии литий-воздушных аккумуляторов может достигать около 40,1 МДж/кг, или 11,14 кВт·ч/кг, что дает им непревзойденный потенциал для использования в электромобилях.
Согласно существующим исследованиям, фактическая плотность энергии литий-воздушных аккумуляторов также весьма впечатляет и составляет около 6,12 МДж/кг (1,7 кВт·ч/кг). Эти данные значительно превосходят показатели современных коммерческих литий-ионных аккумуляторов и теоретически могут обеспечить электромобилю весом до 2000 кг запас хода около 500 километров. Однако для коммерциализации литий-воздушных аккумуляторов еще предстоит решить ряд серьезных проблем, таких как практическая мощность и срок службы.
История
Концепция литий-воздушных аккумуляторов впервые появилась в 1970-х годах, когда их в первую очередь рассматривали как потенциальный источник энергии для электромобилей и гибридных транспортных средств. Тем не менее, технологические проблемы не давали этой концепции развиваться в течение десятилетий, однако достижения в области материаловедения привели к возрождению интереса к этой технологии в 2000-х годах.
Хотя технологические достижения в области литий-воздушных аккумуляторов впечатляют, такие проблемы, как время зарядки аккумулятора, чувствительность к влаге и плохая проводимость материала Li2O2, остаются существенными препятствиями для коммерциализации.
Проектирование и эксплуатация
Литий-воздушные батареи обычно состоят из анода, катода и электролита. Во время разряда ионы лития перемещаются между анодом и катодом через электролит, а электроны перемещаются по внешней цепи, выполняя электрическую работу. Во время зарядки на аноде осаждается металлический литий, а на катоде выделяется кислород.
Анод
По сравнению с другими металлическими материалами, металлический литий является основным выбором анода в литий-воздушных аккумуляторах. Высокая удельная емкость литиевых анодов (3840 мАч/г) при благоприятных условиях, несомненно, является одним из их преимуществ, но они также сталкиваются с такими проблемами, как реакции между металлическим литием и электролитом и риск образования литиевых дендритов, которые могут снизить производительность батареи. и продолжительность жизни.
В настоящее время многие стороны стремятся устранить негативное воздействие дендритного лития с помощью новых электролитных материалов или улучшенной конструкции интерфейса.
Катод
Катодное газообразование является одной из основных технологий литий-воздушных аккумуляторов, а реакция восстановления кислорода имеет решающее значение для эффективности аккумулятора. Исследование показало, что мезопористые углеродно-координированные металлические катализаторы могут эффективно улучшать кинетику восстановления и удельную емкость катода, что позволяет ему обеспечивать более высокую производительность в практических приложениях.
Разнообразие электролитов
В настоящее время существует четыре основных пути разработки электролита для литий-воздушных аккумуляторов: водный кислотный электролит, водный щелочной электролит, неводный протонный электролит и водный электролит. Каждый электролит имеет свои преимущества и недостатки. Например, водные электролиты могут предотвратить засорение катода, но реакция металлического лития с водой принесет новые риски безопасности.
Гибридная конструкция с водно-аналоговым электролитом пытается объединить преимущества обоих вариантов для создания более безопасной и эффективной литий-воздушной батареи.
Будущие перспективы и проблемы
Помимо технических проблем, проблемы, с которыми сталкиваются литий-воздушные аккумуляторы, включают надежность, экономичность и признание на рынке. Поскольку спрос на батареи с более высокой плотностью энергии продолжает расти, научно-исследовательское сообщество и соответствующие компании прилагают все усилия для решения этих проблем. \
ЗаключениеТеоретический потенциал и перспективы практического применения литий-воздушных аккумуляторов привлекательны, но для их успеха на рынке электромобилей еще предстоит преодолеть множество технических и рыночных барьеров. Пока еще нужно время, чтобы понять, смогут ли литий-воздушные аккумуляторы стать основным выбором для электромобилей в будущем и как воплотить этот идеал в жизнь.
