Двойная углеродная батарея
 | В этой статье есть несколько проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти шаблонные сообщения )
|
Двойная углеродная батарея — это тип батареи, в которой графит (или углерод) используется как в качестве материала катода , так и анода . По сравнению с литий-ионными батареями , двухионные батареи (DIB) требуют меньше энергии и выделяют меньше CO 2 во время производства, меньше зависят от критически важных материалов, таких как Ni или Co, и их легче перерабатывать.
История
[ редактировать ]Двухуглеродные (также называемые двойными графитовыми) батареи были впервые представлены в патенте 1989 года. [1] Позже их изучали различные другие исследовательские группы. [2]
В 2014 году стартап Power Japan Plus объявил о планах по коммерциализации своей версии под названием Ryden. Технология двойной углеродной батареи была разработана в результате совместных исследований Power Japan Plus Inc. и доктора Тацуми Исихара, профессора Университета Кюсю. В 2014 году компания Power Japan Plus завершила разработку концепции органической двойной углеродной батареи в виде монетообразных элементов.
Соруководитель Канаме Такея известен своей работой над Toyota Prius и Tesla Model S. [3] Компания заявила, что ее элемент обеспечивает плотность энергии, сравнимую с литий-ионной батареей, более быструю скорость зарядки, более длительный срок службы (3 тыс. циклов), повышенную безопасность и устойчивость на протяжении всего периода эксплуатации. Компания заявила, что ее батарея заряжается в 20 раз быстрее, чем обычные литий-ионные батареи, рассчитана на более чем 3000 циклов и может быть внедрена непосредственно в существующие производственные процессы без изменений в существующих производственных линиях. [2]
В июне 2017 года PJP Eye LTD. приобрела аккумуляторный бизнес Power Japan Plus, а также все ее научно-исследовательские мощности и оборудование, интеллектуальную собственность, патенты и другие активы.
В настоящее время PJP Eye LTD. продолжает разработку органической двойной углеродной батареи и завершает проверку концепции батареи в виде слоистых элементов. В 2017 году компания PJP Eye произвела серийное производство органической одноуглеродной батареи на основе технологии органического двойного углерода. Она была интегрирована в различные приложения, от личных мобильных устройств, дронов до хранилищ. ПДжП Ай ЛТД. планирует начать массовое производство и начать коммерциализацию органических двухуглеродных батарей под торговой маркой «Cambrian Dual» к 2023 году для интеграции их в электромобили и электрические самолеты.
В качестве электролита в элементе используется одна или несколько солей лития в апротонном органическом растворителе. Они остаются неопределенными, но в качестве примера в патенте группа использует систему, состоящую из гексафторфосфата лития ( LiPF
6 ) в качестве соли и этиленкарбонат (ЭК) и диметилкарбонат (ДМК), смешанные в объемном соотношении 1:2, в качестве растворителя.
Оба электрода изготовлены на основе графитового углерода. Графит с нужным размером зерна получают пиролизом хлопка.
Осаждение и растворение соли лития происходит в любом месте, где присутствует электролит. Однако увеличение осадков на поверхности электродов снижает плотность мощности , поскольку соль в твердом состоянии является изолятором. Один из элементов патента компании представляет метод предотвращения таких осадков. батареи Это также улучшает удельную энергию . [2]
Аккумулятор можно полностью разряжать без риска короткого замыкания и повреждения аккумулятора. Аккумулятор работает без нагрева при комнатной температуре, что позволяет избежать обширных систем охлаждения, которые используются в современных электромобилях, и соответствующего риска температурного выхода из-под контроля. Он работает при напряжении более четырех вольт. Аккумулятор полностью пригоден для вторичной переработки. Электроды изготовлены из хлопка, чтобы лучше контролировать размер кристаллов. [4]
В отдельном исследовательском проекте использовалась та же соль и апротонный электролит высокого напряжения на основе фторированного растворителя и добавки, который был способен поддерживать химическое напряжение 5,2 В с высокой эффективностью. В ячейке необходимо достаточное количество соли-электролита, чтобы гарантировать проводимость, и должно быть доступно достаточное количество растворителя, чтобы соль растворялась при любом уровне заряда/разряда. [2]
Режим работы
[ редактировать ]Ионы лития, диспергированные в электролите, вводятся/осаждаются на аноде во время зарядки, как и в других литий-ионных батареях. Необычно то, что ионы ( анионы ) из электролита внедряются в катод одновременно . Во время разряда и анионы, и ионы лития возвращаются в электролит. Таким образом, электролит в такой системе действует как носитель заряда и активный материал. [2]
Емкость определяется емкостью хранения и количеством высвобождаемых ионов электродами, а также количеством анионов и катионов в апротонном электролите. [2]
Реакции
[ редактировать ]В следующих строках → — реакция зарядки, а ← — реакция разрядки.
Положительный электрод:
- ПФ −
6 + п С ⇄ С
п ( ПФ
6 ) + и −
Отрицательный электрод:
- Что +
+ н С + е −
⇄ ЛиК
н
Патенты
[ редактировать ]- Патент США 3844837 А ; базовая концепция, передана ВМС США 29 октября 1974 г.
- Патент А1 WO 2015132962 А1 ; коммерчески жизнеспособная химия, присуждена Университету Кюсю и Power Japan Plus 11 сентября 2015 г.
- Патент А1 WO 2016021067 А1 ; строительная техника, награда Power Japan Plus 11 февраля 2016 г.
- Патент А1 WO 2016021068 А1 ; технология изготовления, награда Power Japan Plus 11 февраля 2016 г.
- Патент А1 WO 2016046910 А1 ; медицинское применение, вытекающее из исследований углерода, выдано Power Japan Plus 31 марта 2016 г.
- Патент JP 2016091984 А ; Проблема роста дендритов решена, награда Power Japan Plus 23 мая 2016 г.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Маккалоу, Фрэнсис П.; Бил, Элвин Ф. младший «Вторичное устройство накопления электрической энергии и электрод для него». Патент США №. 4 865 931 (подана: 4 декабря 1984 г.; выдана: 12 сентября 1989 г.).
- ^ Jump up to: а б с д и ж «Японский стартап стремится коммерциализировать технологию двойных углеродных батарей; интеркалирование анионов» . Конгресс зеленых автомобилей. 14 мая 2014 года . Проверено 1 апреля 2015 г.
- ^ Темплтон, Грэм (15 мая 2014 г.). «Двойные углеродные батареи: это наконец тот прорыв, который нам так долго обещали?» . Экстремальные технологии . Проверено 1 апреля 2015 г.
- ^ Боргино, Дарио (19 мая 2014 г.). «Новый двойной углеродный аккумулятор заряжается в 20 раз быстрее, чем литий-ионный» . Гизмаг . Проверено 1 апреля 2015 г.
