Исследования литий-ионных аккумуляторов
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 )
|
Исследования литий-ионных батарей привели к появлению множества предложенных усовершенствований литий-ионных батарей . Области исследовательских интересов были сосредоточены на повышении плотности энергии , безопасности, производительности, долговечности цикла, гибкости и снижении затрат.
Искусственный интеллект (ИИ) и машинное обучение (МО) становятся популярными во многих областях, включая их использование для исследования литий-ионных аккумуляторов. Эти методы использовались во всех аспектах исследования аккумуляторов, включая материалы, производство, характеристику и прогноз/диагностику аккумуляторов. [1]
Дизайн
[ редактировать ]Отрицательный электрод
[ редактировать ]Материалы, которые принимаются во внимание для отрицательного электрода литий-ионных аккумуляторов (LIB) следующего поколения, имеют общие характеристики, такие как низкая стоимость, высокая теоретическая удельная емкость, хорошая электропроводность и т. д. Материалы на основе углерода и кремния показали себя перспективные материалы для отрицательного электрода. Однако наряду с желаемыми характеристиками некоторых материалов был выявлен и ряд недостатков. Например, хотя кремний имеет теоретическую удельную емкость в 10 раз выше, чем графит, он имеет низкую собственную электропроводность. Текущие исследования сосредоточены на инженерных материалах, чтобы сохранить их характеристики и устранить их недостатки. [2] [3]
литий-ионных аккумуляторов Отрицательные электроды чаще всего изготавливаются из графита . Графитовые аноды ограничены теоретической емкостью 372 мАч/г в полностью литированном состоянии. [4] В настоящее время в качестве альтернативы графиту предложены и оценены другие важные типы анодных материалов для литий-ионных аккумуляторов, особенно в тех случаях, когда нишевые приложения требуют новых подходов.
Микрореактор Si@void@C
[ редактировать ]Исследовательская группа доктора Леона Шоу из Технологического института Иллинойса разработала микрореакторы Si@void@C, которые показывают исключительные результаты испытаний в качестве анода для ЛИА. Процесс создания микрореакторов Si@void@C начинается с производства наноструктурированных частиц кремния посредством высокоэнергетического процесса шаровой мельницы с кремниевым порошком микронного размера. Наноструктурированные частицы Si затем инкапсулируются углеродом путем карбонизации предшественника углерода, содержащего элемент азота. Наконец, частицы травятся NaOH для создания пустот с наноканальной морфологией внутри кремниевого ядра, образуя микрореакторы Si@void@C. [5]
Испытания микрореакторов Si@void@C продемонстрировали высокий кулоновский КПД 91% во время первого процесса литиирования, что значительно выше, чем у других известных кремниевых анодов. [6] [7] Конструкция также обеспечила высокую кулоновскую эффективность 100% после 5 циклов, что указывает на отсутствие заметного образования слоя SEI после 5 циклов. Кроме того, удельная емкость увеличивалась в последующих циклах из-за активации большего количества материала электрода, что свидетельствует о высокой электрохимической стабильности. [8] [9]
Электрод Si@void@C(N) был протестирован на сверхбыструю зарядку и долговечность в течение 1000 циклов, удельная емкость сохранялась на высоком уровне (~ 800 мАч г). −1 ) даже при очень высоких плотностях тока (до 8 А г −1 ). Для электрода Si@void@C(N) литиевого покрытия не наблюдалось даже после 1000 циклов при 8 А г. −1 , что указывает на их способность осуществлять сверхбыструю зарядку без ущерба для безопасности и сохранения емкости.
Интеркаляционные оксиды
[ редактировать ]Некоторые типы оксидов и сульфидов металлов могут обратимо интеркалировать катионы лития при напряжениях от 1 до 2 В по отношению к металлическому литию с небольшой разницей между этапами заряда и разряда. В частности, механизм внедрения предполагает заполнение катионами лития кристаллографических вакансий в основной решетке с минимальными изменениями связей внутри основной решетки. Это отличает интеркаляционный отрицательный электрод от конверсионного отрицательного электрода, накапливающего литий, путем полного разрушения и образования чередующихся фаз, обычно в виде лития . Конверсионные системы обычно непропорциональны литию и металлу (или низшему оксиду металла) при низких напряжениях, < 1 В по сравнению с Li, и реформируют оксид металла при напряжении > 2 В, например, CoO + 2Li -> Co+Li 2 O.
Диоксид титана
[ редактировать ]В 1984 году исследователи из Bell Labs сообщили о синтезе и оценке ряда литированных титанатов. Особый интерес представляли анатазная форма диоксида титана и литий- шпинель LiTi 2 O 4. [10] Было обнаружено, что анатаз имеет максимальную емкость 150 мАч/г (0,5Li/Ti), причем емкость ограничена наличием кристаллографических вакансий в каркасе. TiO 2 Политипный брукит также был оценен и оказался электрохимически активным, если его получить в виде наночастиц с емкостью примерно вдвое меньшей, чем у анатаза (0,25Li/Ti). В 2014 году исследователи из Наньянского технологического университета использовали материалы, полученные из геля диоксида титана, полученного из природных сферических частиц диоксида титана, в нанотрубки. [11] Кроме того, электрохимически активный титанат неприродного происхождения, называемый TiO 2 (B), может быть получен путем ионного обмена с последующей дегидратацией титаната калия K 2 Ti 4 O 9 . [12] Этот слоистый оксид можно производить в различных формах, включая нанопроволоки, нанотрубки или продолговатые частицы с наблюдаемой емкостью 210 мАч/г в диапазоне напряжений 1,5–2,0 В (по сравнению с Li).
Ниобаты
[ редактировать ]В 2011 году Лу и др. сообщили об обратимой электрохимической активности в пористом ниобате KNb 5 O 13 . [13] Этот материал ввел примерно 3,5 Li на формульную единицу (около 125 мАч/г) при напряжении около 1,3 В (по сравнению с Li). Это более низкое напряжение (по сравнению с титанами) полезно в системах, где желательна более высокая плотность энергии без значительного образования SEI, поскольку оно работает выше типичного напряжения пробоя электролита. о высоком уровне ниобата титана (TiNb 2 O 7 сообщили В 2011 году Хан, Хуанг и Джон Б. Гуденаф ) со средним напряжением около 1,3 В (по сравнению с Li). [14]
Оксиды переходных металлов
[ редактировать ]В 2000 году исследователи из Пикардийского университета имени Жюля Верна исследовали использование наноразмерных оксидов переходных металлов в качестве конверсионных анодных материалов. Используемыми металлами были кобальт, никель, медь и железо, которые, как оказалось, имели емкость 700 мАч/г и сохраняли полную емкость в течение 100 циклов. Материалы действуют путем восстановления катиона металла либо до наночастиц металла, либо до оксида с более низкой степенью окисления. Эти многообещающие результаты показывают, что оксиды переходных металлов могут быть полезны для обеспечения целостности литий-ионной батареи в течение многих циклов разрядки-перезарядки. [15]
Литий
[ редактировать ]Литиевые аноды использовались в первых литий-ионных батареях на основе TiS в 1960-х годах.
2 /Li , но в конечном итоге были заменены из-за образования дендритов, которые вызывали внутренние короткие замыкания и представляли опасность пожара. [16] [17] Продолжались усилия в областях, где требовался литий, включая заряженные катоды, такие как диоксид марганца , пентаоксид ванадия или оксид молибдена , а также некоторые полимерных электролитов конструкции элементов на основе . Интерес к литий-металлическим анодам возобновился с возросшим интересом к литий-воздушным батареям большой емкости и литий-серным аккумуляторным системам.
Исследования по ингибированию образования дендритов были активной областью. Дорон Аурбах и его коллеги из Университета Бар-Илан тщательно изучили роль растворителя и соли в образовании пленок на поверхности лития. Примечательными наблюдениями были добавление солей LiNO 3 , диоксолана и гексафторарсената. Похоже, им удалось создать пленки, которые препятствуют образованию дендритов, в то же время включив восстановленный Li 3 As в качестве компонента, проводящего литий-ион. [18] [19]
В 2021 году исследователи объявили об использовании тонких (20 микрон ) полосок металлического лития. Им удалось достичь плотности энергии 350 Втч/кг за 600 циклов зарядки/разрядки. [20]
Неграфитовый углерод
[ редактировать ]В конфигурациях элементов литий-ионных аккумуляторов используются различные формы углерода. Помимо графита в элементах используются плохо или неэлектрохимически активные виды углерода, такие как УНТ, углеродная сажа, графен , оксиды графена или МУНТ.
Недавняя работа включает в себя усилия исследователей из Северо-Западного университета, предпринятые в 2014 году , которые обнаружили, что металлические одностенные углеродные нанотрубки (ОУНТ) поглощают литий гораздо эффективнее, чем их полупроводниковые аналоги. Если полупроводниковые пленки ОУНТ сделать более плотными, они будут поглощать литий в количествах, сравнимых с металлическими ОСУНТ. [21]
обработка водородом электродов из графена нанопены Показано, что в ЛИА улучшает их емкость и транспортные свойства. Методы химического синтеза, используемые при производстве стандартных анодов, оставляют значительные количества атомарного водорода . Эксперименты и многомасштабные расчеты показали, что низкотемпературная обработка водородом богатого дефектами графена может улучшить производительность. Водород взаимодействует с дефектами графена, открывая зазоры и облегчая проникновение лития, улучшая транспортировку. Дополнительная обратимая емкость обеспечивается за счет усиленного связывания лития вблизи краев, где наиболее вероятно связывание водорода. [22] Скоростные емкости увеличились на 17–43% при 200 мА/г. [23] В 2015 году исследователи в Китае использовали пористый графен в качестве материала для анода литий-ионного аккумулятора, чтобы увеличить удельную емкость и энергию связи между атомами лития на аноде. Свойства батареи можно регулировать путем приложения нагрузки. Энергия связи увеличивается при приложении двухосной деформации. [24]
Кремний
[ редактировать ]Кремний является распространенным на земле элементом , и его очистка до высокой чистоты довольно недорога. В сплаве с литием он имеет теоретическую емкость ~3600 миллиампер-часов на грамм (мАч/г), что почти в 10 раз превышает плотность энергии графитовых электродов , максимальная емкость которых составляет 372 мАч/г для их полностью литированного состояния. ЛиК 6 . [4] Одной из присущих кремнию особенностей, в отличие от углерода, является расширение структуры решетки на целых 400% при полном литиировании (зарядке). Для объемных электродов это вызывает большие градиенты структурных напряжений внутри расширяющегося материала, что неизбежно приводит к трещинам и механическим повреждениям, что значительно ограничивает срок службы кремниевых анодов. [25] [26] В 2011 году группа исследователей собрала таблицы данных, в которых обобщены морфология, состав и метод изготовления этих наноразмерных и наноструктурированных кремниевых анодов, а также их электрохимические характеристики. [27]
Наночастицы пористого кремния более реакционноспособны, чем объемные кремниевые материалы, и, как правило, имеют более высокий весовой процент кремнезема из-за меньшего размера. Пористые материалы допускают расширение внутреннего объема, что помогает контролировать общее расширение материала. Методы включают кремниевый анод с плотностью энергии выше 1100 мАч/г и долговечностью 600 циклов, в котором используются частицы пористого кремния с использованием шаровой мельницы и пятнистого травления. [28] В 2013 году исследователи разработали батарею из наночастиц пористого кремния . [29] [30] Ниже представлены различные структурные морфологии, пытающиеся решить проблему, связанную с внутренними свойствами кремния.
Основным препятствием на пути коммерциализации кремния в качестве анодного материала для литий-ионных аккумуляторов являются более высокие объемные изменения и образование SEI. Недавние исследовательские работы выявили стратегии оптимизации и поддержания структурной стабильности электрода. Еще одним аспектом, который способствует быстрой деградации анода, является граница раздела твердый электролит (SEI). Во время первой фазы введения лития SEI образуется на поверхности электрода и действует как серьезное препятствие между электродом и электролитом. Из-за этой блокировки литий-ионная проводимость допускается, одновременно действуя в качестве изолятора, ограничивая дополнительный пробой электролита и предотвращая постепенное снижение циклической производительности литий-ионной батареи. Все, от основных характеристик батареи до общей эффективности и цикличности LIB, зависит от типа SEI. [31] [32]
Кремниевая инкапсуляция
[ редактировать ]В качестве метода контроля способности полностью литированного кремния расширяться и становиться электронно изолированным в 2016 году сообщалось о методе заключения частиц кремния диаметром 3 нм в оболочку из графена . Частицы сначала были покрыты никелем . Затем металл покрылся слоями графена. Кислота растворила никель, оставив внутри клетки достаточно пустоты для расширения кремния. Частицы разбились на более мелкие кусочки, но остались функциональными внутри клеток. [33] [34]
В 2014 году исследователи инкапсулировали наночастицы кремния внутри углеродных оболочек, а затем инкапсулировали кластеры оболочек с большим количеством углерода. Оболочки обеспечивают достаточно места внутри, чтобы позволить наночастицам набухать и сжиматься, не повреждая оболочки, что повышает долговечность. [35]
Кремниевая нанопроволока
[ редактировать ]В 2021 году группа Пола В. Брауна из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн разработала крупномасштабный и недорогой подход к синтезу нанопроволок Si/Cu. Сначала тройные микросферы Si/Cu/Zn готовятся методом импульсного электрического разряда масштабируемым способом, а затем Zn и частичный Si в микросферах частично удаляются химическим травлением с образованием нанопроволок Si/Cu. В этой технологии используются относительно дешевые материалы и гибкие методы обработки, стоимость которых составляет около 0,3 доллара за г-1, что обещает повысить выход ННК из сплавов кремния при низкой стоимости. [36]
Конструкция неорганического электрода из пористого кремния
[ редактировать ]В 2012 году Воги и др. сообщили о новой полностью неорганической структуре электрода на основе электрохимически активных частиц кремния, связанных с медной подложкой интерметаллидом Cu 3 Si. [37] [38] Наночастицы меди наносились на изделия из частиц кремния, сушились и ламинировались на медную фольгу. После отжига наночастицы меди отжигались друг с другом и с медным токосъемником с образованием пористого электрода с медной связкой после выгорания исходной полимерной связки. Конструкция имела характеристики, аналогичные традиционным электродным полимерным связующим, с исключительной скоростью благодаря металлической природе структуры и путям тока.
Кремниевое нановолокно
[ редактировать ]В 2015 году был продемонстрирован прототип электрода, который состоит из губчатых кремниевых нановолокон, увеличивает кулоновскую эффективность и позволяет избежать физического повреждения от расширения/сжатия кремния. Нановолокна были созданы путем приложения высокого напряжения между вращающимся барабаном и соплом, испускающим раствор тетраэтилортосиликата ( ТЭОС). Затем материал подвергся воздействию паров магния . Нановолокна содержат нанопоры диаметром 10 нм на своей поверхности. Наряду с дополнительными разрывами в оптоволоконной сети они позволяют кремнию расширяться, не повреждая клетку. Три других фактора уменьшают расширение: оболочка из диоксида кремния толщиной 1 нм; второе углеродное покрытие, создающее буферный слой; и размер волокна 8–25 нм, что ниже размера, при котором кремний имеет тенденцию разрушаться. [39]
В обычных литий-ионных элементах используются связующие вещества, которые удерживают активный материал вместе и поддерживают его контакт с токосъемниками. Эти неактивные материалы делают батарею больше и тяжелее. Экспериментальные батареи без связующих не масштабируются, поскольку их активные материалы можно производить только в небольших количествах. Прототип не нуждается в токосъемниках, полимерных связующих или токопроводящих порошковых добавках. Кремний составляет более 80 процентов веса электрода. Электрод выдавал 802 мАч/г после более чем 600 циклов с кулоновским КПД 99,9 процента. [39]
Полагать
[ редактировать ]Литий-оловянные фазы Цинтла , открытые Эдуардом Зинтлом , уже несколько десятилетий изучаются в качестве анодных материалов в литий-ионных системах хранения энергии. Впервые об этом сообщил в 1981 году Роберт Хаггинс . [40] система имеет многофазную кривую разряда и сохраняет около 1000 мАч/г (Li 22 Sn 5 ). Олово и его соединения были широко изучены, но, как и в случае с кремниевыми или германиевыми анодными системами, проблемы, связанные с расширением объема (связанным с постепенным заполнением p-орбиталей и внедрением незаменимых катионов), нестабильным образованием SEI и электронной изоляцией, были изучены в попытаться коммерциализировать эти материалы. В 2013 году исследователи из Университета штата Вашингтон использовали стандартные процессы гальваники для создания наноразмерных оловянных игл, которые демонстрируют на 33% меньше объемного расширения во время зарядки. [41] [42] В 2015 году исследовательская группа из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн создала трехмерный механически стабильный каркас из никель-оловянного нанокомпозита в качестве анода литий-ионного аккумулятора . Эта подмостка может учитывать изменение объема высокой удельной производительности во время работы. А никель-оловянный анод опирается на электрохимически неактивный проводящий каркас с спроектированным свободным объемом и контролируемыми характерными размерами, что делает электрод со значительно улучшенной циклируемостью. [43]
Интерметаллические вставные материалы
[ редактировать ]Что касается анодных материалов с оксидной интеркаляцией (или внедрением), аналогичные классы материалов, в которых катион лития внедряется в кристаллографические вакансии внутри металлической решетки-хозяина, были обнаружены и изучены с 1997 года. В целом из-за металлической решетки эти типы материалов, например Cu 6 Sn 5 , [44] Мн 2 Сб, [45] были обнаружены более низкие напряжения и более высокие емкости по сравнению с их оксидными аналогами.
Cu 6 Sn 5
[ редактировать ]Cu 6 Sn 5 представляет собой интерметаллид с дефектной структурой типа NiAs . В номенклатуре типов NiAs он будет иметь стехиометрию Cu 0,2 CuSn, при этом 0,2 атома Cu занимают обычно незанятую кристаллографическую позицию в решетке. Эти атомы меди при зарядке смещаются к границам зерен, образуя Li 2 CuSn. При сохранении большей части связи металл-металл до напряжения 0,5 В Cu 6 Sn 5 стал привлекательным потенциальным анодным материалом благодаря своей высокой теоретической удельной емкости, стойкости к металлическому покрытию литием, особенно по сравнению с анодами на основе углерода, и устойчивости к воздействию окружающей среды. стабильность. [44] [46] [47] В этом и родственных материалах типа NiAs интеркаляция лития происходит посредством процесса внедрения для заполнения двух кристаллографических вакансий в решетке, в то время как 0,2 дополнительных меди смещаются к границам зерен. Попытки компенсировать решетку металла основной группы для удаления избытка меди имели ограниченный успех. [48] Хотя отмечается значительное сохранение структуры вплоть до тройного соединения лития Li 2 CuSn, переразряд материала приводит к диспропорционированию с образованием Li 22 Sn 5 и элементарной меди. Это полное литирование сопровождается объемным расширением примерно на 250%. Текущие исследования сосредоточены на изучении легирования и низкоразмерной геометрии для снижения механического напряжения во время литиирования. Было показано, что легирование олова элементами, которые не реагируют с литием, такими как медь, снижает напряжение. Что касается приложений малых размеров, были произведены тонкие пленки с разрядной емкостью 1127 мАч. −1 с избыточной емкостью, отведенной для хранения ионов лития на границах зерен и связанной с местами дефектов. [49] Другие подходы включают создание нанокомпозитов с Cu 6 Sn 5 в ядре с нереактивной внешней оболочкой. Гибриды SnO 2 -c показали свою эффективность. [50] для адаптации к изменениям объема и общей стабильности в течение циклов.
Антимонид меди
[ редактировать ]Слоистые интерметаллические материалы, полученные из структуры типа Cu 2 Sb, являются привлекательными анодными материалами из-за доступного открытого пространства галереи и структурного сходства с разрядным продуктом Li 2 CuSb. Впервые сообщалось в 2001 году. [51] В 2011 году исследователи сообщили о методе создания пористых трехмерных электродных материалов на основе электроосаждения сурьмы на пенопласт меди с последующим этапом низкотемпературного отжига. Отмечено увеличение скоростной емкости за счет уменьшения диффузионных расстояний лития при одновременном увеличении площади поверхности токосъемника. [38] В 2015 году исследователи анонсировали создание твердотельного трехмерного анода для батареи с использованием гальванического антимонида меди (пены меди). Затем на анод наносится слой твердого полимерного электролита, который обеспечивает физический барьер, через который могут перемещаться ионы (но не электроны). Катод представляет собой чернильную суспензию. Объемная плотность энергии была почти в два раза больше энергии обычных аккумуляторов. Твердый электролит предотвращает образование дендритов. [52]
Трехмерная наноструктура
[ редактировать ]Преимуществом наноинженерных пористых электродов являются короткие диффузионные расстояния, возможность расширения и сжатия, а также высокая активность. В 2006 году сообщалось о примере трехмерного инженерного керамического оксида на основе титаната лития, который имел резкое увеличение скорости по сравнению с непористым аналогом. [53] Более поздняя работа Воги и др. Подчеркнула полезность электроосаждения электроактивных металлов на пенопласт меди для создания тонкопленочных интерметаллических анодов. Эти пористые аноды обладают высокой мощностью в дополнение к более высокой стабильности, поскольку пористая открытая природа электрода позволяет пространству поглощать часть объемного расширения. В 2011 году исследователи из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн обнаружили, что упаковка тонкой пленки в трехмерную наноструктуру может сократить время зарядки в 10–100 раз. Эта технология также способна обеспечить более высокое выходное напряжение. [54] В 2013 году команда улучшила конструкцию микробатареи, обеспечив в 30 раз большую плотность энергии и в 1000 раз более быструю зарядку. [55] Эта технология также обеспечивает лучшую удельную мощность, чем суперконденсаторы . Устройство достигло плотности мощности 7,4 Вт/см. 2 /мм. [56] В 2019 году команда разработала 3D-структурированный оловянно-углеродный анод с большой площадью и объемной емкостью, используя двухэтапный процесс гальванического покрытия, который демонстрирует высокую объемную/площадную емкость ~ 879 мАч/см. 3 и 6,59 мАч/см 2 после 100 циклов при 0,5 °C и 750 мАч/см 3 и 5,5 мАч/см 2 (делитиация) при 10 °C с содержанием олова 20% об./об. в конфигурации полуячейки . [57]
Полутвердый
[ редактировать ]В 2016 году исследователи анонсировали анод, состоящий из суспензии фосфата лития-железа и графита с жидким электролитом. Они утверждали, что этот метод повышает безопасность (анод можно было деформировать без повреждений) и плотность энергии. [58] проточной батарее без углерода, названной Solid Dispersion Redox Flow Battery , предлагающей повышенную плотность энергии и высокую эффективность работы. Сообщалось о [59] [60] Обзор различных систем полутвердых аккумуляторов можно найти здесь. [61]
Твердые вещества, ориентированные на окислительно-восстановительный потенциал
[ редактировать ]В 2007 году Михаэль Гратцель и его коллеги из Женевского университета сообщили о литий-ионных батареях, в которых электроактивные твердые вещества хранятся в виде чистых (т.е. без связующих веществ, проводящих добавок, токосъемников) порошков в резервуарах и омываются жидкостями с растворенными в них добавками. окислительно-восстановительные пары, способные обмениваться электронами с электроактивными твердыми телами, с батареи проточного типа добавлением . Ожидается, что такие устройства будут обеспечивать более высокую плотность энергии , чем традиционные батареи, но будут иметь более низкую энергоэффективность . [62]
Катод
[ редактировать ]Существует несколько разновидностей катода, но обычно их можно легко разделить на две категории: заряженные и разряженные. Заряженные катоды представляют собой материалы с уже существующими кристаллографическими вакансиями. Эти материалы, например шпинели , пентаоксид ванадия , оксид молибдена или LiV 3 O 8 , обычно тестируются в конфигурациях элементов с литий- металлическим анодом, поскольку для их работы необходим источник лития. Хотя этот класс не так часто встречается в конструкциях вторичных элементов, он обычно встречается в первичных батареях, которые не требуют подзарядки, например, в имплантируемых батареях для медицинских устройств. Вторая разновидность — это разряженные катоды, где катод обычно находится в разряженном состоянии (катион в стабильной восстановленной степени окисления), содержит электрохимически активный литий, и при зарядке создаются кристаллографические вакансии. Из-за повышенной безопасности производства и отсутствия необходимости в источнике лития на аноде этот класс изучается чаще. Примеры включают оксид лития-кобальта , оксид лития-никеля-марганца-кобальта. NMC , или оливин литий-железо-фосфатный , который можно комбинировать с большинством анодов, таких как графит , литий-титанатная шпинель, оксид титана , кремний или интерметаллические вставки, для создания работающей электрохимической ячейки.
Оксиды ванадия
[ редактировать ]Оксиды ванадия были распространенным классом катодов для изучения из-за их высокой емкости, простоты синтеза и электрохимического окна, которое хорошо сочетается с обычными полимерными электролитами . Катоды из оксидов ванадия, обычно классифицируемые как заряженные катоды, встречаются во многих различных типах структур. Эти материалы были тщательно изучены, Стэнли Уиттингемом . в частности, [63] [64] [65] В 2007 году Subaru представила аккумулятор с удвоенной плотностью энергии, при этом для зарядки 80% требуется всего 15 минут. Они использовали наноструктурированный оксид ванадия, который способен загрузить на катод в два-три раза больше ионов лития, чем слоистый оксид лития-кобальта. [66] В 2013 году исследователи объявили о синтезе иерархических наноцветов оксида ванадия (V 10 O 24 · n H 2 O), синтезированных реакцией окисления ванадиевой фольги в водном растворе NaCl . Электрохимические испытания демонстрируют высокую обратимую удельную емкость со 100% кулоновским КПД, особенно при высоких скоростях C ( например , 140 мАч г). −1 при 10 С). [67] В 2014 году исследователи объявили об использовании ванадат-боратных стекол (стекло V 2 O 5 – LiBO 2 с восстановленным оксидом графита) в качестве катодного материала. Катод достигал около 1000 Втч/кг при высоких удельных емкостях в диапазоне ~ 300 мАч/г за первые 100 циклов. [68]
Неупорядоченные материалы
[ редактировать ]В 2014 году исследователи из Массачусетского технологического института обнаружили, что при создании материалов для литий-ионных батарей с высоким содержанием лития и катионным беспорядком среди электроактивных металлов можно достичь 660 ватт-часов на килограмм при напряжении 2,5 вольт . [69] Материалы стехиометрии Li 2 MO 3 -LiMO 2 подобны материалам с высоким содержанием лития, литием , никелем, марганцем, кобальтом (NMC), но без катионного упорядочения. Дополнительный литий создает лучшие пути диффузии и устраняет точки перехода с высокой энергией в структуре, которые препятствуют диффузии лития.
Очки
[ редактировать ]В 2015 году исследователи смешали порошкообразную пятиокись ванадия с соединениями бората при температуре 900°C и быстро охладили расплав, чтобы получить стекло. Полученные листы толщиной с бумагу затем измельчали в порошок, чтобы увеличить площадь их поверхности. Порошок был покрыт восстановленным оксидом графита (RGO) для увеличения проводимости и защиты электрода. Порошок с покрытием использовался для катодов аккумуляторов. Испытания показали, что емкость была достаточно стабильной при высоких скоростях разряда и стабильно сохранялась в течение более 100 циклов зарядки/разрядки. Плотность энергии достигала около 1000 ватт-часов на килограмм, а разрядная емкость превышала 300 мАч/г. [70]
сера
[ редактировать ]Эта система , используемая в качестве катода для литий-серной батареи, обладает высокой способностью к образованию Li 2 S. В 2014 году исследователи из Инженерной школы Университета Южной Калифорнии в Витерби использовали оксидом графита, катод, покрытый серный для создания батареи емкостью 800 мАч/г для 1000 циклов заряда/разряда, что более чем в 5 раз превышает плотность энергии коммерческих катодов. Сера широко распространена, имеет низкую стоимость и низкую токсичность. Сера была многообещающим кандидатом в катоды из-за ее высокой теоретической плотности энергии, более чем в 10 раз превышающей плотность катодов из оксидов металлов или фосфатов. Однако низкая цикличность серы препятствует ее коммерциализации. Утверждается, что покрытие из оксида графена поверх серы решает проблему долговечности цикла. Оксид графена имеет большую площадь поверхности, химическую стабильность, механическую прочность и гибкость. [28]
Морская вода
[ редактировать ]В 2012 году исследователи из Polyplus Corporation создали батарею с плотностью энергии, более чем в три раза превышающую плотность энергии традиционных литий-ионных батарей, используя галогениды или органические материалы в морской воде в качестве активного катода. Его плотность энергии составляет 1300 Вт·ч/кг , что намного больше, чем традиционные 400 Вт·ч/кг. Он имеет твердый литиевый положительный электрод и твердый электролит. Его можно использовать в подводных условиях. [71]
Катоды на основе лития
[ редактировать ]Оксид лития, никеля, марганца, кобальта
[ редактировать ]В 1998 году группа из Аргоннской национальной лаборатории сообщила об открытии катодов NMC с высоким содержанием лития . [72] [73] Эти высоковольтные материалы большой емкости состоят из нанодоменов двух структурно схожих, но разных материалов. При первом заряде, отмеченном длинным плато около 4,5 В (по сравнению с Li), на этапе активации создается структура, которая постепенно уравновешивается до более стабильных материалов путем перемещения катионов из точек с высокой энергией в точки с более низкой энергией в решетке. Лицензии на интеллектуальную собственность, окружающую эти материалы, были переданы нескольким производителям, включая BASF, General Motors для Chevrolet Volt и Chevrolet Bolt , а также Toda . Механизм высокой емкости и постепенного снижения напряжения был тщательно изучен. Обычно считается, что стадия активации под высоким напряжением индуцирует различные катионные дефекты, которые при циклировании уравновешиваются через участки литиевого слоя до более низкого энергетического состояния, которое демонстрирует более низкое напряжение ячейки, но с аналогичной емкостью. [74] [75]
Литий-железофосфат
[ редактировать ]LiFePO 4 представляет собой катод литий-ионной батареи напряжением 3,6 В, о котором первоначально сообщил Джон Гуденаф , он структурно связан с минералом оливином и состоит из трехмерной решетки каркаса [FePO4], окружающей катион лития. Катион лития располагается в одномерном канале вдоль оси [010] кристаллической структуры. Такое выравнивание дает анизотропную ионную проводимость, что имеет значение для его использования в качестве катода батареи и делает морфологический контроль важной переменной в характеристиках скорости электрохимических элементов. Хотя железный аналог является наиболее коммерческим из-за его стабильности, тот же состав существует для никеля, марганца и кобальта, хотя наблюдаемые высокие напряжения зарядки элементов и проблемы с синтезом этих материалов делают их жизнеспособными, но более трудными для коммерциализации. Хотя материал имеет хорошую ионную проводимость, он обладает плохой собственной электронной проводимостью. Эта комбинация делает выгодными нанофазные композиции и композиты или покрытия (для увеличения электронной проводимости всей матрицы) с такими материалами, как углерод. Альтернативы наночастицам включают мезомасштабные структуры, такие как наношаровые батареи из оливина LiFePO 4 , которые могут иметь скоростные возможности на два порядка выше, чем случайно упорядоченные материалы. Быстрая зарядка связана с большой площадью поверхности наношариков, где электроны передаются на поверхность катода с более высокой скоростью.
В 2012 году исследователи из A123 Systems разработали батарею, которая работает при экстремальных температурах без необходимости использования терморегулирующих материалов. Он прошел 2000 полных циклов зарядки-разрядки при температуре 45 °C, сохраняя при этом плотность энергии более 90%. Это делается с помощью нанофосфатного положительного электрода. [76] [77]
Литий-марганец-оксид кремния
[ редактировать ]Катодное соединение ортосиликату лития , родственное , Li
2 МnSiO
4 , мог поддерживать зарядную емкость 335 мАч/г. [78] Пористые нанобоксы Li 2 MnSiO 4 @C были синтезированы методом твердофазной реакции влажной химии. Материал представлял собой полую наноструктуру с кристаллической пористой оболочкой, состоящей из фазово-чистых нанокристаллов Li 2 MnSiO 4 . Порошковые рентгенограммы и изображения просвечивающей электронной микроскопии показали, что высокая фазовая чистота и пористая архитектура нанобокса были достигнуты за счет монодисперсных MnCO 3 @SiO 2 с контролируемой толщиной оболочки. нанокубов ядро-оболочка [79]
Воздух
[ редактировать ]В 2009 году исследователи из Исследовательского института Дейтонского университета анонсировали твердотельную батарею с более высокой плотностью энергии , в которой в качестве катода используется воздух. При полной разработке плотность энергии может превысить 1000 Втч/кг. [80] [81] В 2014 году исследователи из инженерной школы Токийского университета и компании Nippon Shokubai обнаружили, что добавление кобальта в кристаллическую структуру оксида лития дает ему в семь раз большую плотность энергии . [82] [83] В 2017 году исследователи из Университета Вирджинии сообщили о масштабируемом методе производства оксида лития-кобальта субмикронного масштаба. [84]
Фториды переходных металлов (ТМФ)
[ редактировать ]Фториды переходных металлов (ТМФ) образуют металлическую фазу внутри матрицы LiF при реакции с литием. TMF обычно демонстрируют плохую электрохимическую обратимость, а также плохую ионную и электронную проводимость. Хотя исследователи все еще работают над пониманием точных механизмов электрохимических реакций ТМФ, существует общее мнение, что сильная ионная связь металл-фторид способствует плохой кинетике внутри аккумуляторных элементов. [85] Среди ТМФ особый интерес представляет фторид железа, поскольку железо широко распространено на Земле и является экологически чистым по сравнению с популярными катодными материалами интеркаляционного типа, никелем и кобальтом . [85] [86]
Фторид железа
[ редактировать ]Фторид железа (II) (FeF 2 ) и фторид железа (III) (FeF 3 ) в последнее время вызвали интерес в качестве катодных материалов конверсионного типа из-за их высоких теоретических плотностей гравиметрической энергии и удельной емкости, 571 мАч г. −1 и 712 мАч г −1 соответственно. [86] [87] [88] Такая высокая плотность энергии и емкость обусловлены способностью фторидов железа переносить 2-3 электрона на атом Fe за реакцию. [86]
Уменьшение размера частиц — один из основных методов, которые исследователи использовали для преодоления изоляционных свойств фторида железа. При шаровом измельчении используются силы сдвига для образования мелких частиц, которые могут улучшить проводимость за счет увеличения площади поверхности частиц и уменьшения длины пути носителя к местам реакции. Несмотря на некоторый успех шарового измельчения, этот метод может привести к неравномерному распределению частиц по размерам. [88] [89]
Еще одна проблема, связанная с катодами для конверсии фторидов металлов, заключается в расширении объема при циклировании. [86] [88] Расширение объема снижает обратимость реакций и устойчивость цикла. Кроме того, объемное расширение приводит к механической усталости и разрушению матрицы металл/LiF и в конечном итоге может привести к выходу элемента из строя. [86] Недавний успех твердых полимерных электролитов (SPE) увеличил электрохимическую стабильность и эластичность границы раздела катод-электролит (CEI). В отличие от традиционных жидких электролитов, которые образуют толстый хрупкий слой CEI, эти катоды FeF 2 -SPE образуют эластичные слои CEI, которые заключены в капсулу из эластичного электролита и прочного композитного слоя. Эластичный SPE способен противостоять объемному расширению FeF 2 , а углеродные нанотрубки (УНТ) укрепляют композит и предотвращают механическую усталость. [88] Другой метод предотвращения объемного расширения включает создание литированного нанокомпозита FeF 3 с углеродом. Литированный FeF 3 /C нанокомпозит уже содержит литий в тесном контакте с FeF 3 , поэтому значительно снижает напряжение/деформацию, возникающую во время литирования в первом цикле. [90]
Электролит
[ редактировать ]В настоящее время электролиты обычно изготавливаются из солей лития в жидком органическом растворителе . Обычными растворителями являются органические карбонаты (циклические, с прямой цепью), сульфоны, имиды, полимеры (полиэтиленоксид) и фторированные производные. Обычные соли включают LiPF 6 , LiBF 4 , LiTFSI и LiFSI. Исследовательские центры направлены на повышение безопасности за счет снижения воспламеняемости и уменьшения коротких замыканий за счет предотвращения образования дендритов .
Перфторполиэфир
[ редактировать ]В 2014 году исследователи из Университета Северной Каролины нашли способ заменить горючий органический растворитель электролита негорючим перфторполиэфиром (ПФПЭ). ПФПЭ обычно используется в качестве промышленной смазки, например, для предотвращения прилипания морских обитателей к днищу корабля. Материал продемонстрировал беспрецедентно высокие числа переноса и низкую электрохимическую поляризацию, что свидетельствует о более высокой циклической стойкости. [91]
Твердотельный
[ редактировать ]Хотя ни одна твердотельная батарея не появилась на рынке, несколько групп исследуют эту альтернативу. Идея состоит в том, что полупроводниковые конструкции более безопасны, поскольку они предотвращают возникновение коротких замыканий дендритами. Они также обладают потенциалом существенно увеличить плотность энергии, поскольку их твердая природа предотвращает образование дендритов и позволяет использовать аноды из чистого металлического лития. Они могут иметь и другие преимущества, такие как работа при более низких температурах.
В 2015 году исследователи анонсировали создание электролита с использованием суперионных литий-ионных проводников, представляющих собой соединения лития, германия, фосфора и серы. [92]
Тиофосфат
[ редактировать ]В 2015 году исследователи работали с литий-углеродно-фторидной батареей. Они использовали твердый электролит из тиофосфата лития, в котором электролит и катод работали совместно, в результате чего емкость составила 26 процентов. При разряде электролит генерирует соль фторида лития, которая дополнительно катализирует электрохимическую активность, превращая неактивный компонент в активный. Что еще более важно, ожидалось, что этот метод существенно увеличит срок службы батареи. [93]
Стеклообразные электролиты
[ редактировать ]В марте 2017 года исследователи анонсировали твердотельную батарею со стекловидным сегнетоэлектрическим электролитом из ионов лития, кислорода и хлора, легированным барием, металлическим литиевым анодом и композитным катодом, контактирующим с медной подложкой. Пружина позади медной катодной подложки удерживает слои вместе при изменении толщины электродов. Катод состоит из частиц серы «окислительно-восстановительного центра», углерода и электролита. Во время разряда ионы лития покрывают катод металлическим литием, и содержание серы не восстанавливается, если только не происходит необратимый глубокий разряд. Утолщенный катод — компактный способ хранения отработанного лития. Во время перезарядки этот литий возвращается в стеклообразный электролит и в конечном итоге покрывает анод, который утолщается. Дендриты не образуются. [94] Плотность энергии элемента в 3 раза выше, чем у обычных литий-ионных батарей. Был продемонстрирован увеличенный срок службы более 1200 циклов. Конструкция также позволяет заменять литий натрием, сводя к минимуму экологические проблемы, связанные с литием. [95]
Соли
[ редактировать ]Супергалоген
[ редактировать ]Обычные электролиты обычно содержат галогены , которые токсичны. В 2015 году исследователи заявили, что эти материалы можно заменить нетоксичными супергалогенами без ущерба для производительности. В супергалогенах энергии вертикального отрыва электронов фрагментов, составляющих отрицательные ионы, больше, чем у любого атома галогена. [96] Исследователи также обнаружили, что процедура, описанная для литий-ионных батарей, в равной степени применима и к другим металл-ионным батареям, таким как натрий-ионные или магниево-ионные батареи . [97]
Вода в соли
[ редактировать ]В 2015 году исследователи из Университета Мэриленда и Армейской исследовательской лаборатории продемонстрировали значительное увеличение стабильного потенциального окна для водных электролитов с очень высокой концентрацией соли. [98] [99] [100] Увеличив моляльность литиевой соли бис(трифторметан)сульфонимида до 21 м , потенциальное окно можно было увеличить с 1,23 до 3 В за счет образования SEI на анодном электроде, что ранее достигалось только с неводными электролитами. [101] Использование водного, а не органического электролита может значительно повысить безопасность литий-ионных аккумуляторов. [98]
Двойная анионная жидкость
[ редактировать ]Экспериментальная литий-металлическая батарея с LiNi.
0,88 Со
0,09 Мн
0.030,03О
2 Катодный материал /NCM88 с двуханионным ионным жидким электролитом (ИЛЭ) 0,8 Пир.
14 ФСИ
0,2 LiTFSI был продемонстрирован в 2021 году. Этот электролит обеспечивает начальную удельную емкость 214 мАч г-1 и сохранение емкости на 88% в течение 1000 циклов со средним кулоновским КПД 99,94%. Ячейки достигли удельной энергии выше 560 Втч/кг при >4 В. Емкость после 1 тыс. циклов составила 88%. Важно отметить, что катод сохранял свою структурную целостность на протяжении всех циклов зарядки. [102]
Управление
[ редактировать ]Зарядка
[ редактировать ]В 2014 году исследователи из Массачусетского технологического института, Национальной лаборатории Сандиа , Американского института передовых технологий Samsung и Национальной лаборатории Лоуренса Беркли обнаружили, что для ускорения зарядки аккумулятора можно использовать равномерную зарядку с увеличенной скоростью зарядки. Это открытие также может увеличить долговечность цикла до десяти лет. Традиционно более медленная зарядка предотвращает перегрев, что сокращает срок службы аккумулятора. Исследователи использовали ускоритель частиц , чтобы узнать, что в обычных устройствах каждое приращение заряда поглощается одной или небольшим количеством частиц до тех пор, пока они не зарядятся, а затем движется дальше. Распределив схему заряда/разряда по всему электроду, можно уменьшить нагрев и деградацию, обеспечивая при этом гораздо большую плотность мощности. [103] [104]
В 2014 году исследователи из Qnovo разработали программное обеспечение для смартфона и компьютерного чипа, способное ускорить время перезарядки в 3–6 раз, а также увеличить долговечность цикла. Технология способна понять, как аккумулятор необходимо заряжать наиболее эффективно, избегая при этом образования дендритов . [105]
В 2019 году Чао-Янг Ван из Университета штата Пенсильвания обнаружил, что (обычные) литий-ионные батареи электромобилей можно перезарядить менее чем за 10 минут. Он сделал это, нагрев батарею до 60 °C, зарядив ее, а затем быстро охладив. Это наносит очень незначительный вред батареям. Профессор Ван использовал тонкую никелевую фольгу, один конец которой был прикреплен к отрицательной клемме, а другой конец выходил за пределы ячейки, чтобы создать третью клемму. Датчик температуры, прикрепленный к выключателю, замыкает цепь. [106]
Долговечность
[ редактировать ]В 2014 году независимые исследователи из Канады анонсировали систему управления батареями, которая увеличила количество циклов в четыре раза, с удельной энергией 110–175 Втч/кг, используя архитектуру аккумуляторной батареи и алгоритм управления , который позволяет полностью использовать активные материалы в аккумуляторных ячейках. . Этот процесс поддерживает диффузию литий-ионов на оптимальном уровне и устраняет концентрационную поляризацию, что позволяет ионам более равномерно прикрепляться/отсоединяться от катода. Слой SEI остается стабильным, предотвращая потери плотности энергии. [107] [108]
Термальный
[ редактировать ]В 2016 году исследователи анонсировали систему обратимого отключения для предотвращения температурного выхода из-под контроля. В системе использовался термочувствительный полимерный переключающий материал. Этот материал состоит из электрохимически стабильных, покрытых графеном, остроконечных наночастиц никеля в полимерной матрице с высоким коэффициентом теплового расширения. Электропроводность пленок при температуре окружающей среды составляла до 50 См см–1. Проводимость снижается в течение одной секунды на 10 7 -10 8 при температуре перехода и самопроизвольно восстанавливается при комнатной температуре. Система предлагает 10 3 –10 4 x более высокая чувствительность, чем у предыдущих устройств. [109] [110]
Гибкость
[ редактировать ]В 2014 году несколько исследовательских групп и поставщиков продемонстрировали гибкие аккумуляторные технологии для потенциального использования в текстиле и других областях.
Одна технология сделала литий-ионные батареи гибкими, сгибаемыми, скручиваемыми и сжимаемыми с помощью складки Miura . В этом открытии используются традиционные материалы, и оно может быть коммерциализировано для складных смартфонов и других приложений. [111]
В другом подходе использовались нити из углеродных нанотрубок . Утверждалось, что волокна диаметром 1 мм достаточно легкие, чтобы создавать пригодные для плетения и носимые текстильные батареи. Пряжа была способна хранить около 71 мАч/г. Частицы манганата лития (LMO) были нанесены на лист углеродных нанотрубок (CNT) для создания композитной нити CNT-LMO для катода. Анодные композитные нити помещали лист УНТ между двумя листами УНТ с кремниевым покрытием. Когда два волокна свернуты по отдельности, а затем намотаны вместе, разделенные гелевым электролитом, два волокна образуют батарею. Их также можно намотать на полимерное волокно и добавить к существующему текстилю. Когда кремниевые волокна заряжаются и разряжаются, кремний расширяется в объеме до 300 процентов, повреждая волокно. Слой УНТ между листом с кремниевым покрытием амортизировал изменение объема кремния и удерживал его на месте. [112]
Третий подход позволил создать перезаряжаемые батареи, которые можно дешево печатать на широко используемых промышленных трафаретных принтерах. В батареях использован цинковый носитель заряда с твердым полимерным электролитом, который предотвращает образование дендритов и обеспечивает большую стабильность. Устройство выдержало 1000 циклов изгиба без повреждений. [113]
Четвертая группа создала устройство толщиной в одну сотую дюйма, выполняющее функции суперконденсатора. Методика заключалась в травлении слоя фторида никеля (II) толщиной 900 нанометров с регулярно расположенными отверстиями в пять нанометров для увеличения емкости. В устройстве использовался электролит из гидроксида калия в поливиниловом спирте . Устройство также можно использовать в качестве суперконденсатора. Быстрая зарядка обеспечивает быструю разрядку, подобную суперконденсатору, а зарядка с более низкой силой тока обеспечивает более медленную разрядку. Он сохранил 76 процентов своей первоначальной емкости после 10 000 циклов зарядки-разрядки и 1 000 циклов изгибания. Плотность энергии составила 384 Втч/кг, а плотность мощности — 112 кВт/кг. [114]
Расширение объема
[ редактировать ]Текущие исследования в основном сосредоточены на поиске новых материалов и их характеристике с помощью удельной емкости (мАч/ г ), которая обеспечивает хороший показатель для сравнения и сопоставления всех материалов электродов. В последнее время некоторые из наиболее перспективных материалов демонстрируют значительное объемное расширение, которое необходимо учитывать при проектировании устройств. Менее известной в этой области данных является объемная емкость (мАч/ см 3 ) из различных материалов по своему дизайну.
Нанотехнологии
[ редактировать ]Исследователи использовали различные подходы к улучшению производительности и других характеристик с помощью наноструктурированных материалов. Одна из стратегий заключается в увеличении площади поверхности электродов. Другая стратегия заключается в уменьшении расстояния между электродами для сокращения расстояний транспортировки. Еще одна стратегия состоит в том, чтобы разрешить использование материалов, которые проявляют неприемлемые недостатки при использовании в объемных формах, таких как кремний.
Наконец, регулируют геометрию электродов, например, путем различного соединения анодных и катодных блоков в виде рядов анодов и катодов, чередования анодов и катодов, шестиугольной упаковки анодов:катодов 1:2 и чередования анодных и катодных треугольных полюсов. Один электрод может быть вложен в другой.
Углеродные нанотрубки и нанопроволоки исследовались для различных целей, равно как и аэрогели и другие новые объемные материалы.
Наконец, были исследованы различные нанопокрытия для повышения стабильности и производительности электродов.
Наносенсоры теперь интегрируются в каждую ячейку батареи. Это поможет отслеживать состояние заряда в режиме реального времени, что будет полезно не только из соображений безопасности, но и для максимального использования аккумулятора. [115]
Экономика
[ редактировать ]В 2016 году исследователи из CMU обнаружили, что призматические ячейки с большей вероятностью выиграют от масштабирования производства, чем цилиндрические. [116] [117]
Перепрофилирование и повторное использование
[ редактировать ]Вытеснение силовых батарей, изготовленных на основе литий-ионных батарей, значительно возросло, что приводит к угрозе защите окружающей среды и пустой трате ресурсов. Около 100-120 ГВтч аккумуляторов электромобилей будут выведены из эксплуатации к 2030 году. [118] Поэтому было предложено перерабатывать и повторно использовать такие вышедшие из эксплуатации аккумуляторы. [119] [120] Некоторые устаревшие аккумуляторы все еще имеют ~ 80% своей первоначальной емкости. [121] [122] [123] Таким образом, их можно перепрофилировать и повторно использовать в качестве приложений второй жизни, например, для обслуживания батарей в системах хранения энергии. [124] [125] [126] [127] Правительства в разных странах признали эту возникающую проблему и подготовились к реализации своей политики по борьбе с перепрофилированными батареями, включая принципы кодирования, систему управления прослеживаемостью, руководящие принципы производственных предприятий, руководящие принципы процесса демонтажа, измерение остаточной энергии, налоговые льготы, скидки и финансовую поддержку. . [128] [129] [130] [131]
Стандарты для вторичного использования аккумуляторов для электромобилей, вышедших из эксплуатации, все еще являются новой технологией. Один из немногих стандартов, UL 1974, был опубликован Underwriters Laboratories (UL). [132] В документе представлена общая процедура операций по обеспечению безопасности и испытаний производительности списанных аккумуляторных элементов, блоков и модулей, но не могут быть подробно описаны этапы и особенности. В реальных приложениях конструкция, форм-фактор и материалы существующих аккумуляторных элементов, блоков и модулей часто сильно отличаются друг от друга. Трудно разработать единую техническую процедуру. Кроме того, информация о подробных применяемых технических процедурах обычно недоступна в открытой литературе, за исключением Schneider et al. который продемонстрировал процедуру восстановления небольших цилиндрических NiMH аккумуляторов, используемых в мобильных телефонах, [133] [134] Чжао, опубликовавший успешный опыт некоторых сетевых применений литий-ионных аккумуляторов электромобилей в Китае, [135] и Чунг, который сообщил о процедуре, описанной в UL 1974, для батареи LiFePO 4 , предназначенной для повторного использования. [118]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Ломбардо, Тео; Дюкенуа, Марк; Эль-Бусиди, Хассна; Орен, Фабиан; Галло-Буэно, Альфонсо; Йоргенсен, Питер Бьёрн; Бхоумик, Аргья; Демортьер, Арно; Айербе, Элизабет; Алькаиде, Франциско; Рейно, морской пехотинец; Карраско, Хавьер; Гримо, Алексис; Чжан, Чао; Вегге, Теджс; Йоханссон, Патрик; Франко, Алехандро А. (16 сентября 2021 г.). «Искусственный интеллект применительно к исследованию аккумуляторов: шумиха или реальность?» . Химические обзоры . 122 (12): 10899–10969. doi : 10.1021/acs.chemrev.1c00108 . ISSN 0009-2665 . ПМЦ 9227745 . ПМИД 34529918 .
- ^ Ченг, Хуэй; Шаптер, Джозеф Г.; Ли, Юнин; Гао, Го (1 июня 2021 г.). «Последние достижения в области современных анодных материалов литий-ионных батарей» . Журнал энергетической химии . 57 : 451–468. дои : 10.1016/j.jechem.2020.08.056 . ISSN 2095-4956 .
- ^ Нзереогу, ПО; Ома, AD; Эзема, Финляндия; Ивуоха, Э.И.; Нванья, AC (1 июня 2022 г.). «Анодные материалы для литий-ионных аккумуляторов: обзор» . Достижения прикладной науки о поверхности . 9 : 100233. doi : 10.1016/j.apsadv.2022.100233 . hdl : 10566/7724 . ISSN 2666-5239 .
- ^ Перейти обратно: а б Г. Шао и др. Полимерный SiOC в сочетании с графеновым аэрогелем в качестве высокостабильного анода литий-ионной батареи ACS Appl. Матер. Интерфейсы 2020, 12, 41, 46045–46056
- ^ Он, Цяньрань; Ашури, Мазиар; Лю, Юзи; Лю, Бингю; Шоу, Леон (24 мая 2021 г.). «Кремниевый микрореактор как анод с быстрой зарядкой, длительным сроком службы и высокой начальной кулоновской эффективностью, синтезированный масштабируемым методом» . ACS Прикладные энергетические материалы . 4 (5): 4744–4757. дои : 10.1021/acsaem.1c00351 . ISSN 2574-0962 .
- ^ Ли, Вон Джун; Хван, Тэ Хун; Хван, Джин Ок; Ким, Хён Ук; Лим, Джунвон; Чон, Ху Ён; Шим, Чонвон; Хан, Тэ Хи; Ким, Дже Янг; Чхве, Чан Ук; Ким, Сан Оук (23 января 2014 г.). «Самоинкапсуляция графита, легированного N, для высокоэффективных кремниевых анодов в литий-ионных батареях» . Энергетика и экология . 7 (2): 621–626. дои : 10.1039/C3EE43322F . ISSN 1754-5706 .
- ^ Юнг, Дэ Су; Хван, Тэ Хун; Пак, Сын Бин; Чхве, Чан Ук (8 мая 2013 г.). «Метод распылительной сушки крупногабаритных и высокопроизводительных кремниевых отрицательных электродов в литий-ионных батареях» . Нано-буквы . 13 (5): 2092–2097. дои : 10.1021/nl400437f . ISSN 1530-6984 .
- ^ Ян, Сюэлинь; Вэнь, Чжаоинь; Сюй, Сяосюн; Лин, Бин; Хуан, Шахуа (10 февраля 2007 г.). «Наноразмерный композит на основе кремния, полученный методом механохимического восстановления in situ для литий-ионных аккумуляторов» . Журнал источников энергии . 164 (2): 880–884. дои : 10.1016/j.jpowsour.2006.11.010 . ISSN 0378-7753 .
- ^ Чжоу, Сян-ян; Тан, Цзин-Цзин; Ян, Хуан; Цзоу, Ю-лан; Ван, Сун-кан; Се, Цзин; Ма, Лу-лу (30 мая 2012 г.). «Влияние полипиррола на улучшение электрохимических характеристик анодных материалов на основе кремния» . Электрохимика Акта . 70 : 296–303. дои : 10.1016/j.electacta.2012.03.098 . ISSN 0013-4686 .
- ^ Кава, Роберт (1978). «Кристаллические структуры литий-вставленных оксидов титана Li x TiO 2 анатаз, LiTi 2 O 4 шпинель и Li 2 Ti 2 O 4 ». Журнал химии твердого тела . 53 : 64–75. дои : 10.1016/0022-4596(84)90228-7 .
- ^ «Сверхбыстрая зарядка аккумуляторов, которые можно перезарядить на 70% всего за две минуты» . Наука Дейли . 13 октября 2014 г. Проверено 7 января 2017 г.
- ^ Фудзисима, А; Хонда, К. (1972). «Новый слоистый титанат, полученный методом ионного обмена». Природа . 238 (5358): 37–40. Бибкод : 1972Natur.238...37F . дои : 10.1038/238037a0 . ПМИД 12635268 . S2CID 4251015 .
- ^ Лу, Юхао (2011). «Поведение гостя Ли на хосте KNb5O13 с одномерными туннелями и множеством промежуточных сайтов». Химия материалов . 23 (13): 3210–3216. дои : 10.1021/cm200958r .
- ^ Хан, Цзянь-Тао; Хуан, Юньхуэй; Гуденаф, Джон Б. (2011). «Новая анодная конструкция для литиевых аккумуляторов». Химия материалов . 23 (8): 2027–2029. дои : 10.1021/cm200441h .
- ^ Пуазо, П. (2000). «Наноразмерные оксиды переходных металлов как материалы отрицательных электродов для литий-ионных батарей». Природа . 407 (6803): 496–499. Бибкод : 2000Natur.407..496P . дои : 10.1038/35035045 . ПМИД 11028997 . S2CID 205009092 .
- ^ Уиттингем, М. Стэнли (1978). «Химия интеркаляционных соединений: металлические гости в халькогенидных хозяевах». Прогресс в химии твердого тела . 12 : 41–99. дои : 10.1016/0079-6786(78)90003-1 .
- ^ Уиттингем, MS (1976). «Хранение электрической энергии и химия интеркаляции». Наука . 192 (4244): 1126–1127. Бибкод : 1976Sci...192.1126W . дои : 10.1126/science.192.4244.1126 . ПМИД 17748676 . S2CID 36607505 .
- ^ Пан, Б. (1995). «Эксплуатационные характеристики и безопасность перезаряжаемого элемента AA Li/LiMnO2». Журнал источников энергии . 54 : 143–47. дои : 10.1016/0378-7753(94)02055-8 .
- ^ Лей, Вт (2015). «Синергетический эффект полисульфида лития и нитрата лития для предотвращения роста дендритов лития» . Природные коммуникации . 6 : 7436–9. Бибкод : 2015NatCo...6.7436L . дои : 10.1038/ncomms8436 . hdl : 1721.1/103047 . ПМИД 26081242 .
- ^ Лаварс, Ник (1 июля 2021 г.). «Литиевые ленты выводят аккумуляторы следующего поколения на рекордную территорию» . Новый Атлас . Проверено 3 августа 2021 г.
- ^ Нанотрубки улучшают литий-ионные батареи , Nanotechweb.org, 3 марта 2014 г.
- ^ Да, Цзяньчао; Онг, Митчелл Т.; Хо, Тэ Ук; Кэмпбелл, Патрик Г.; Уорсли, Маркус А.; Лю, Юаньюэ; Шин, Свани Дж.; Чарнваничборикарн, Супакит; Мэтьюз, Маньялибо Дж. (5 ноября 2015 г.). «Универсальная роль водорода в электрохимических характеристиках графена: высокая емкость и атомистическое происхождение» . Научные отчеты . 5 : 16190. Бибкод : 2015NatSR...516190Y . дои : 10.1038/srep16190 . ПМЦ 4633639 . ПМИД 26536830 .
- ^ Старк, Энн М. (5 ноября 2015 г.). «Использование водорода для улучшения литий-ионных батарей» . Исследования и разработки . Проверено 10 февраля 2016 г.
- ^ Ван, Юшэн (2015). «Пористый графен для анода литий-ионных аккумуляторов большой емкости». Прикладная наука о поверхности . 363 : 318–322. дои : 10.1016/j.apsusc.2015.11.264 .
- ^ Арико, Антонино Сальваторе; Брюс, Питер; Скросати, Бруно; Тараскон, Жан-Мари; ван Шалквейк, Вальтер (май 2005 г.). «Наноструктурированные материалы для современных устройств преобразования и хранения энергии». Природные материалы . 4 (5): 366–377. Бибкод : 2005NatMa...4..366A . дои : 10.1038/nmat1368 . ПМИД 15867920 . S2CID 35269951 .
- ^ Чан, Кэндис К.; Пэн, Хайлинь; Лю, Гао; Макилрат, Кевин; Чжан, Сяо Фэн; Хаггинс, Роберт А.; Цуй, И (16 декабря 2007 г.). «Высокопроизводительные аноды литиевых батарей с использованием кремниевых нанопроволок». Природные нанотехнологии . 3 (1): 31–35. Бибкод : 2008NatNa...3...31C . дои : 10.1038/nnano.2007.411 . ПМИД 18654447 .
- ^ Щех, Жаннин Р.; Джин, Сон (2011). «Наноструктурированный кремний для анодов литиевых батарей большой емкости». Энергетика и экология . 4 (1): 56–72. дои : 10.1039/C0EE00281J .
- ^ Перейти обратно: а б Исследователи, разрабатывающие дешевые и более эффективные литий-ионные аккумуляторы , Дизайн и разработка продукции, 1 апреля 2014 г., Меган Хейзл
- ^ Бен Коксворт (14 февраля 2013 г.). «Кремниевые наночастицы, использованные для создания сверхпроизводительной батареи» . Новый Атлас . Проверено 7 января 2017 г.
- ^ Ге, Минъюань; Ронг, Цзипэн; Фанг, Синь; Чжан, Аньи; Лу, Юнхао; Чжоу, Чунву (12 февраля 2013 г.). «Команда USC разрабатывает новый материал из пористых кремниевых наночастиц для высокопроизводительных литий-ионных анодов» . Нано-исследования . 6 (3): 174–181. дои : 10.1007/s12274-013-0293-y . S2CID 31924978 . Проверено 4 июня 2013 г.
- ^ Чадха, Уткарш; Сельварадж, Сентил Кумаран; Ашокан, Хридья; Харихаран, Сай П.; Мэтью Пол, В.; Венкатаранган, Вишал; Парамасивам, Велмуруган (8 февраля 2022 г.). «Сложные наноматериалы в катализе для химически важных применений: от синтеза и переработки углеводородов до использования возобновляемых источников энергии» . Достижения в области материаловедения и инженерии . 2022 : e1552334. дои : 10.1155/2022/1552334 . ISSN 1687-8434 .
- ^ Чадха, Уткарш; Хафиз, Мохаммед; Бхардвадж, Притам; Падманабан, Сандживикумар; Синха, Саньюкта; Харихаран, Сай; Кабра, Дикшита; Венкатаранган, Вишал; Ханна, Маянк; Сельварадж, Сентил Кумаран; Банавот, Мурали; Сонар, Прашант; Бадони, Бадриш; Р., Вимала (ноябрь 2022 г.). «Теоретические достижения в области заменителей кремниевых анодов для литий-ионных батарей». Журнал хранения энергии . 55 : 105352. doi : 10.1016/j.est.2022.105352 . S2CID 251820707 .
- ^ Мак, Эрик (30 января 2016 г.). «Увеличение мощности литий-ионных аккумуляторов может быть достигнуто за счет «запирания» кремния в графен» . Новый Атлас . Проверено 6 января 2017 г.
- ^ Ли, Ючжан; Ян, Кай; Ли, Хён Ук; Лу, Женда; Лю, Нянь; Цуй, Йи (2016). «Выращивание конформных графеновых клеток на кремниевых частицах микрометрового размера в качестве стабильных анодов аккумуляторов». Энергия природы . 1 (2): 15029. Бибкод : 2016NatEn...115029L . дои : 10.1038/nenergy.2015.29 . S2CID 256713197 .
- ^ Ник Лаварс (19 февраля 2014 г.). «Эндрод в виде граната может обеспечить более длительный срок службы литий-ионной батареи» . Новый Атлас . Проверено 6 января 2017 г.
- ^ Хонг, Хуан; Ченг, Кун; Сюй, Гуйинь; Стапельберг, Майлз; Куай, Юань; Сунь, Пэнчэн; Цюй, Субинг; Чжан, Зексинь; Гэн, Цидун; Ву, Чжуанчжао; Чжу, Мэйфан (15 сентября 2021 г.). «Новые кремниево-медные нанопровода как высокоэффективные аноды для литий-ионных батарей» . Журнал сплавов и соединений . 875 : 159927. doi : 10.1016/j.jallcom.2021.159927 . ISSN 0925-8388 .
- ^ Джойс, К.; Трейи, Л; Бауэр, Сара; Доган, Фуля; Воги, Джон (2012). «Металлические медные связующие для кремниевых электродов литий-ионных аккумуляторов» . Журнал Электрохимического общества . 159 (6): А909–15. дои : 10.1149/2.107206jes . ISSN 0013-4651 .
- ^ Перейти обратно: а б Трэйи, Л.; Кунг, Х; Теккерей, М.; Воги, Джон (2011). «Влияние размера и морфологии электродов на характеристики Cu 2 тонкопленочных электродов Sb для литиевых батарей». Европейский журнал неорганической химии . 2011 (26): 3984–3988. дои : 10.1002/ejic.201100329 .
- ^ Перейти обратно: а б Боргино, Дарио (25 февраля 2015 г.). «Уменьшение размеров кремния потенциально может иметь серьезные последствия для емкости литий-ионных аккумуляторов» . Новый Атлас . Проверено 6 января 2017 г.
- ^ Букамп, бакалавр; Леш, ГК; Хаггинс, Р.А. (1981). «Все твердые литиевые электроды со смешанной проводниковой матрицей». Журнал Электрохимического общества . 128 (4): 725–29. Бибкод : 1981JElS..128..725B . дои : 10.1149/1.2127495 .
- ↑ Исследователи WSU создают суперлитий-ионную батарею, получено 10 января 2013 г.
- ^ «Университет штата Вашингтон получает финансирование для расширения производства новых оловянных батарей» . Макротекущий. 30 апреля 2013 года. Архивировано из оригинала 28 апреля 2014 года . Проверено 4 июня 2013 г.
- ^ Чжан, Х.; Ши, Т.; Ветцель, диджей; Нуццо, Р.Г.; Браун, П.В. (2016). «Северо-Западное ССО» . Advanced Materials (Дирфилд-Бич, Флорида) . 28 (4): 742–747. arXiv : 1504.07047 . дои : 10.1002/adma.201504780 . ПМИД 26618617 . S2CID 9956207 . Проверено 20 ноября 2021 г.
- ^ Перейти обратно: а б Кеплер, К.; Воги, Джон; Теккерей, ММ (1999). «Li x Cu 6 Sn 5 Интерметаллический вставной электрод для литиевых аккумуляторных батарей». Электрохимические и твердотельные буквы . 2 : 307–309. дои : 10.1149/1.1390819 .
- ^ Франссон, Л.; Воги, Джон; Теккерей, М.; Эдстрем, К. (2003). «Структурные превращения в интерметаллидном электроде для литиевых батарей». Журнал Электрохимического общества . 150 : А86-91. дои : 10.1149/1.1524610 .
- ^ Тан, Синь Фу; Макдональд, Стюарт Д.; Гу, Циньфэнь; Ху, Юйсян; Ван, Ляньчжоу; Мацумура, Сё; Нисимура, Тетсуро; Ногита, Казухиро (2019). «Характеристика анодов литий-ионных аккумуляторов, изготовленных путем выращивания Cu 6 Sn 5 in-situ на медном токосъемнике». Журнал источников энергии . 415 : 50–61. Бибкод : 2019JPS...415...50T . дои : 10.1016/j.jpowsour.2019.01.034 . ISSN 0378-7753 . S2CID 104470427 .
- ^ Ван, Чжаодун; Шань, Чжунцян; Тянь, Цзяньхуа; Хуан, Вэньлун; Луо, Диди; Чжу, Си; Мэн, Шусянь (2017). /Sn с иммерсионным покрытием «Композитный пленочный анод Cu 6 Sn 5 для литий-ионных аккумуляторов». Журнал материаловедения . 52 (10): 6020–6033. Бибкод : 2017JMatS..52.6020W . дои : 10.1007/s10853-017-0841-z . ISSN 0022-2461 . S2CID 135963600 .
- ^ Янсен, А.; Клевенджер, Джессика; Бэблер, Анна; Воги, Джон (2011). «Характеристики анодных материалов интерметаллических литий-ионных батарей при переменных температурах». Журнал сплавов и соединений . 509 (13): 4457–61. дои : 10.1016/j.jallcom.2011.01.111 . ISSN 0925-8388 .
- ^ Ким, Иль Сок.; Воги, Джон; Аучиелло, Орландо (2008). «Тонкопленочные электроды Cu 6 Sn 5 : синтез <свойства и взаимодействие токосъемников». Журнал Электрохимического общества . 155 (6): А448–51. Бибкод : 2008JElS..155A.448K . дои : 10.1149/1.2904525 . ISSN 0013-4651 .
- ^ Ху, Жэньцзун; Уоллер, Гордон Генри; Ван, Юкун; Чен, Ю; Ян, Чэнхао; Чжоу, Вэйцзя; Чжу, Мин; Лю, Мэйлинь (2015). «Нанокомпозит Cu6Sn5@SnO2–C со стабильной структурой ядро/оболочка в качестве высокообратимого анода для литий-ионных аккумуляторов» . Нано Энергия . 18 : 232–244. дои : 10.1016/j.nanoen.2015.10.037 . ISSN 2211-2855 .
- ^ Франссон, Л.; Воги, Дж; Бенедек, Р.; Воги, Джон; Эдстрем, К; Томас, Дж.; Теккерей, ММ (2001). «Фазовый переход в литированных Cu 2 Sb анодах для литиевых батарей: дифракция рентгеновских лучей in-situ». Электрохимические коммуникации . 3 : 317–323. дои : 10.1016/S1388-2481(01)00140-0 . ISSN 1388-2481 .
- ^ Мартин, Ричард (25 октября 2015 г.). «Новые пенные аккумуляторы обещают быструю зарядку и большую емкость» . Обзор технологий Массачусетского технологического института . Проверено 10 февраля 2016 г.
- ^ Соренсон, Э.; Барри, С; Юнг, Гонконг; Рондинелли, Джеймс; Воги, Джон; Поппельмайер, Кеннет (2006). «Трехмерно упорядоченный макропористый Li4Ti5O12: влияние структуры стенки на электрохимические характеристики». Химия материалов . 18 : 482–489. дои : 10.1021/cm052203y .
- ^ Аккумуляторы заряжаются очень быстро и сохраняют емкость благодаря новой конструкции , News Bureau Illinois, 21 марта 2011 г., Лиз Альберг.
- ^ Маленький размер, большая мощность: новые микробатарейки стимулируют развитие электроники , Бюро новостей Иллинойса, 16 апреля 2013 г., Лиз Альберг
- ^ Пикуль, Дж. Х.; Ган Чжан, Х; Чо, Дж; Браун, ПВ; Кинг, WP (2013). «Мощные литий-ионные микробатареи на основе встречно-штыревых трехмерных двояко-сплошных нанопористых электродов» . Природные коммуникации . 4 : 1732. Бибкод : 2013NatCo...4.1732P . дои : 10.1038/ncomms2747 . ПМИД 23591899 .
- ^ Сунь, Пэнчэн; Дэвис, Джером; Цао, Луося; Цзян, Желун; Кук, Джон Б.; Нин, Хайлун; Лю, Цзиньюнь; Ким, Санхён; Фан, Фейфей; Нуццо, Ральф Г.; Браун, Пол В. (1 февраля 2019 г.). «Гальванические литий-ионные аккумуляторные аноды большой емкости с 3D-структурой на основе олова» . Материалы для хранения энергии . 17 : 151–156. дои : 10.1016/j.ensm.2018.11.017 . ISSN 2405-8297 . ОСТИ 1606379 . S2CID 139973258 .
- ^ Войк, Элизабет. «Умный подход к батареям в смартфонах может помочь нам лучше использовать энергию ветра и солнца» . Обзор технологий Массачусетского технологического института . Проверено 2 февраля 2017 г.
- ^ Ци, Чжаосян; Кениг, Гэри М. (15 августа 2016 г.). «Безуглеродная литий-ионная твердодисперсная окислительно-восстановительная пара с низкой вязкостью для проточных окислительно-восстановительных батарей» . Журнал источников энергии . 323 : 97–106. Бибкод : 2016JPS...323...97Q . дои : 10.1016/j.jpowsour.2016.05.033 . ISSN 0378-7753 .
- ^ Ци, Чжаосян; Лю, Аарон Л.; Кениг, Гэри М. (20 февраля 2017 г.). «Характеристика редокс-пары безуглеродной твердой дисперсии LiCoO2 и электрохимическая оценка для всех проточных окислительно-восстановительных батарей с твердой дисперсией». Электрохимика Акта . 228 : 91–99. дои : 10.1016/j.electacta.2017.01.061 . ISSN 0013-4686 .
- ^ Ци, Чжаосян; Кениг, Гэри М. (июль 2017 г.). «Обзорная статья: Проточные аккумуляторные системы с твердыми электроактивными материалами» . Журнал вакуумной науки и технологий B, Нанотехнологии и микроэлектроника: материалы, обработка, измерения и явления . 35 (4): 040801. Бибкод : 2017JVSTB..35d0801Q . дои : 10.1116/1.4983210 . ISSN 2166-2746 .
- ^ Толмачев Юрий; Стародубцева Светлана (5 августа 2022 г.). «Проточные аккумуляторы с твердотельными ускорителями энергии» . J.Electrochem.Sci.Eng . 12 (4): 731–766. дои : 10.5599/jese.1363 . ISSN 1847-9286 . S2CID 252374044 .
- ^ Чернова Н.; Ропполо, М; Диллон, Энн; Уиттингем, Стэнли (2009). «Слоистые оксиды ванадия и молибдена: батареи и электрохромия». Журнал химии материалов . 19 (17): 2526–2552. дои : 10.1039/b819629j .
- ^ Завалий, Питер; Уиттингем, Стэнли (1999). «Структурная химия оксидов ванадия с открытым каркасом» . Acta Crystallographica Раздел B. 55 (5): 627–663. дои : 10.1107/S0108768199004000 . ПМИД 10927405 .
- ^ Чирайил, Томас; Завалий, Питер; Уиттингем, Стэнли (1998). «Гидротермальный синтез оксидов ванадия». Химия материалов . 10 (10): 2629–2640. дои : 10.1021/см980242м .
- ^ Лоз Блейн (2 ноября 2007 г.). «Subaru удваивает запас хода от аккумулятора в своем концепте электромобиля» . Новый Атлас . Проверено 7 января 2017 г.
- ^ Тан, Юсинь; Руй, Сяньхун; Чжан, Яньян; Лим, Тути Мариана; Донг, Чжили; Хнг, Хьюи Хун; Чен, Сяодун; Ян, Цинъюй; Чен, Чжун (2013). «Катодные материалы из пятиокиси ванадия для высокопроизводительных литий-ионных батарей, созданные за счет иерархической структуры наноцветков с помощью электрохимического процесса». Дж. Матер. хим. А. 1 (1): 82–88. дои : 10.1039/C2TA00351A . ISSN 2050-7488 .
- ^ Афьон, Семих; Крумейх, Фрэнк; Менсинг, Кристиан; Боргшульте, Андреас; Неспер, Рейнхард (19 ноября 2014 г.). «Новые катодные материалы большой емкости для литий-ионных аккумуляторов: ванадат-боратные стекла» . Научные отчеты . 4 (1): 7113. Бибкод : 2014NatSR...4E7113A . дои : 10.1038/srep07113 . ISSN 2045-2322 . ПМЦ 5382707 . ПМИД 25408200 .
- ^ Умайр Ирфан и ClimateWire (17 января 2014 г.). «Беспорядок внутри делает литий-ионную батарею лучше» . Научный американец . Проверено 7 января 2017 г.
- ^ «Стекло для аккумуляторных электродов» . НИОКР . 13 января 2015 года . Проверено 6 января 2017 г.
- ^ «Батарея морской воды пробуждает мечты» . Новый учёный. 25 апреля 2012 года . Проверено 22 июня 2012 г.
- ^ К.С. Джонсон, Дж.Т. Воги, М.М. Теккерей, Т.Э. Бофингер и С.А. Хакни «Слоистые литий-марганцевые оксидные электроды, полученные из прекурсоров каменной соли LixMnyOz (x+y=z)», 194-е собрание Электрохимического общества, Бостон, Массачусетс, ноябрь .1-6, (1998)
- ^ Теккерей, М.; Канг, С.-Х; Джонсон, CS; Воги, Джон; Бенедек, Рой; Хакни, С. (2007). «Li2MnO3-стабилизированные LiMO2 (M-Mn,Ni,Co)электроды для литий-ионных аккумуляторов». Журнал химии материалов . 17 (30): 31122–3125. дои : 10.1039/b702425h .
- ^ Доган, Ф.; Крой, Дж.; Баласубраманян, М.; Слейтер, доктор медицины; Иддир, Х.; Джонсон, CS; Воги, Дж.; Ки, Б. (2015). «Твердотельные ЯМР-исследования Li2MnO3 и катодных материалов с высоким содержанием лития: внедрение протонов, локальная структура и затухание напряжения». Журнал Электрохимического общества . 162 : А235–А243. дои : 10.1149/2.1041501jes .
- ^ Крой, Дж.; Баласубраманян, М.; Галлахер, К.; Баррелл, АК (2015). «Обзор усилий Министерства энергетики США по «глубокому погружению» в понимание затухания напряжения в катодах, богатых литием и марганцем». Отчеты о химических исследованиях . 48 (11): 2813–2821. дои : 10.1021/acs.accounts.5b00277 . ОСТИ 1237845 . ПМИД 26451674 .
- ^ A123 Systems представляет новую технологию литий-ионных аккумуляторов Nanoфосфат EXT с оптимизированной производительностью при экстремальных температурах; Программа OEM-микрогибридов должна появиться в следующем году , Конгресс зеленых автомобилей, 12 июня 2012 г.
- ↑ Новая технология аккумуляторов A123 доходит до крайности , EE Times , 12 июня 2012 г.
- ^ «Прорыв» в области аккумуляторов для электронных устройств и электромобилей . КурцвейлАИ . 26 февраля 2015 года . Проверено 6 января 2017 г.
- ^ Ян, XF; Ян, Ж.-Х.; Загиб, К.; Трюдо и М.Л.; Ин, JY (март 2015 г.). «Синтез фазово-чистых пористых нанобоксов Li2MnSiO4@C для катодов литий-ионных аккумуляторов большой емкости». Нано Энергия . 12 : 305–313. дои : 10.1016/j.nanoen.2014.12.021 .
- ^ Кумар, Б.; Кумар, Дж.; Лиз, Р.; Феллнер, JP; Родригес, С.Дж.; Авраам, К.М. (2010). «Твердотельная перезаряжаемая литий-воздушная батарея с длительным сроком службы» . Журнал Электрохимического общества . 157 : А50. дои : 10.1149/1.3256129 . S2CID 92403112 .
- ^ «Исследователи разрабатывают твердотельную перезаряжаемую литий-воздушную батарею; потенциальная емкость может превысить 1000 Втч/кг» . Конгресс зеленых автомобилей. 21 ноября 2009 года . Проверено 28 августа 2013 г.
- ↑ Исследователи усердно работают над улучшением литий-ионной батареи , Gigaom, 28 июля 2014 г., Кэти Ференбахер.
- ^ Новый перезаряжаемый элемент имеет в 7 раз более высокую плотность энергии, чем литий-ионные элементы , Nikkei Technology, 23 июля 2014 г., Мотохико Хамада
- ^ Ци, Чжаосян; Кениг, Гэри М. (16 августа 2016 г.). «Высокоэффективные субмикрометровые материалы LiCoO2, полученные в результате масштабируемой обработки шаблонов микрочастиц». ХимияВыбрать . 1 (13): 3992–3999. дои : 10.1002/slct.201600872 . ISSN 2365-6549 .
- ^ Перейти обратно: а б Ольбрих, Лоренц Ф.; Сяо, Альберт В.; Паста, Мауро (1 декабря 2021 г.). «Фторидные катоды конверсионного типа: современное состояние» . Современное мнение по электрохимии . 30 : 100779. doi : 10.1016/j.coelec.2021.100779 . ISSN 2451-9103 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и У, Фэйсян; Юшин, Глеб (15 февраля 2017 г.). «Катоды конверсионные для литиевых и литий-ионных аккумуляторов» . Энергетика и экология . 10 (2): 435–459. дои : 10.1039/C6EE02326F . ISSN 1754-5706 .
- ^ Ли, Линсен; Мэн, Фей; Джин, Сон (14 ноября 2012 г.). «Катоды для конверсии литий-ионных аккумуляторов большой емкости на основе нанопроволок из фторида железа и понимание механизма конверсии» . Нано-буквы . 12 (11): 6030–6037. Бибкод : 2012NanoL..12.6030L . дои : 10.1021/nl303630p . ISSN 1530-6984 . ПМИД 23106167 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Хуан, Цяо; Турченюк Константин; Рен, Сяолэй; Магасинский, Александр; Сон, А-Янг; Сяо, Иран; Ким, Доюб; Юшин, Глеб (декабрь 2019). «Циклическая стабильность катода фторид-железо-литиевой батареи конверсионного типа при повышенных температурах в композитах с полимерным электролитом» . Природные материалы . 18 (12): 1343–1349. Бибкод : 2019NatMa..18.1343H . дои : 10.1038/s41563-019-0472-7 . ISSN 1476-4660 . ПМИД 31501555 . S2CID 201967393 .
- ^ Гу, Вэньтянь; Магасинский, Александр; Здырко, Богдан; Юшин, Глеб (февраль 2015 г.). «Фториды металлов, нанозаключенные в углеродных нанопорах, в качестве обратимых катодов высокой емкости для литий-ионных и литий-ионных аккумуляторов: FeF 2 в качестве примера» . Передовые энергетические материалы . 5 (4). дои : 10.1002/aenm.201500243 .
- ^ Фань, Сюлин; Чжу, Юцзе; Ло, Чао; Гао, Тао; Суо, Люмин; Лиу, Сы-Чиан; Сюй, Кан; Ван, Чуньшэн (1 марта 2016 г.). «Литированный на месте нанокомпозит FeF3/C в качестве катода реакции преобразования высокой энергии для литий-ионных батарей» . Журнал источников энергии . 307 : 435–442. Бибкод : 2016JPS...307..435F . дои : 10.1016/j.jpowsour.2016.01.004 . ISSN 0378-7753 .
- ^ Первая негорючая литий-ионная батарея предотвратит взрыв вашего смартфона, автомобиля и самолета , Extreme Tech, 13 февраля 2014 г., Себастьян Энтони
- ^ «Приближаются аккумуляторные батареи с почти бесконечным сроком службы, — говорят инженеры MIT-Samsung» . www.kurzweilai.net . 24 августа 2015 года . Проверено 10 февраля 2016 г.
- ^ Лаварс, Ник (4 мая 2014 г.). «Электролит двойного действия повышает емкость аккумуляторов с длительным сроком службы» . Новый Атлас . Проверено 6 января 2017 г.
- ^ Брага, Миннесота; Грандиш, Н.С.; Мерчисон, Эй Джей; Гуденаф, Дж. Б. (2017). «Альтернативная стратегия безопасной аккумуляторной батареи». Энергетика и экология . 10 : 331–336. дои : 10.1039/c6ee02888h .
- ^ Хислоп, Мартин (1 марта 2017 г.). «Прорыв в создании твердотельных аккумуляторов для электромобилей от изобретателя литий-ионных аккумуляторов Джона Гуденаф» . Новости энергетики Северной Америки . Американские энергетические новости . Проверено 15 марта 2017 г.
- ^ Сантанаб Гири; Сваямпрабха Бехера; Пуру Йена (14 октября 2014 г.). «Супергалогены как строительные блоки безгалогенных электролитов в литий-ионных батареях». Ангеванде Хеми . 126 (50): 14136–14139. Бибкод : 2014АнгЧ.12614136Г . дои : 10.1002/ange.201408648 .
- ^ Макнил, Брайан (24 октября 2014 г.). «Физики обнаружили токсичные галогены в литий-ионных аккумуляторах» .
- ^ Перейти обратно: а б Суо, Люмин; Бородин Олег; Гао, Тао; Ольгин, Марко; Хо, Джанет; Фань, Сюлин; Ло, Чао; Ван, Чуньшэн; Сюй, Кан (20 ноября 2015 г.). « Электролит «Вода в соли» позволяет проводить высоковольтные водные литий-ионные процессы». Наука . 350 (6263): 938–943. дои : 10.1126/science.aab1595 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 26586759 . S2CID 206637574 .
- ^ Суо, Люмин; Бородин Олег; Сунь, Вэй; Фань, Сюлин; Ян, Чонъин; Ван, Фэй; Гао, Тао; Ма, Чжаохуэй; Шредер, Маршалл (13 июня 2016 г.). «Усовершенствованная высоковольтная водная литий-ионная батарея на основе электролита «вода в бисоли». Angewandte Chemie, международное издание . 55 (25): 7136–7141. дои : 10.1002/anie.201602397 . ISSN 1521-3773 . ПМИД 27120336 .
- ^ Смит, Лиланд; Данн, Брюс (20 ноября 2015 г.). «Открытие окна для водных электролитов». Наука . 350 (6263): 918. doi : 10.1126/science.aad5575 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 26586752 . S2CID 206643843 .
- ^ Ван, Фэй; Линь, Юсяо; Суо, Люмин; Фань, Сюлин; Гао, Тао; Ян, Чонъин; Хан, Фудун; Ци, Юэ; Сюй, Кан (29 ноября 2016 г.). «Стабилизация высоковольтного катода LiCoO2 в водном электролите с межфазообразующей добавкой». Энергетика и экология . 9 (12): 3666–3673. дои : 10.1039/c6ee02604d . ISSN 1754-5706 .
- ^ Ву, Фанглин; Фанг, Шан; Куэнзель, Матиас; Муллалиу, Анджело; Ким, Джэ-Кван; Гао, Синпей; Димант, Томас; Ким, Гук-Тэ; Пассерини, Стефано (18 августа 2021 г.). «Двойной анионный ионный жидкий электролит обеспечивает стабильные богатые никелем катоды в литий-металлических батареях» . Джоуль . 5 (8): 2177–2194. дои : 10.1016/j.joule.2021.06.014 . hdl : 11573/1588399 . ISSN 2542-4785 . S2CID 237655120 .
- ^ Хотите, чтобы литий-ионные батареи работали долго? Медленная зарядка может не быть решением , PC World
- ^ Почему литий-ионные аккумуляторы выходят из строя , Проектирование и разработка продукции, 15 сентября 2014 г.
- ^ Программное обеспечение на вашем смартфоне может ускорить зарядку литий-ионного аккумулятора до 6 раз , Extreme Tech, 14 августа 2014 г., Себастьян Энтони.
- ^ «Вход и выход с 10-минутной подзарядкой электромобиля | Университет штата Пенсильвания» . news.psu.edu .
- ^ Новая технология управления батареями может увеличить емкость литий-ионных аккумуляторов на 40%, увеличить четыре цикла перезарядки , TreeHugger, 5 февраля 2014 г., Дерек Маркхэм.
- ^ Долговечная батарея для ноутбука, которую технологическая индустрия не хочет, чтобы вы имели , The Globe and Mail , 6 февраля 2014 г., Джордана Дивон
- ^ «Исследователи Стэнфорда разрабатывают термочувствительные батареи» . ЗМЭ Наука . 12 января 2016 года . Проверено 7 февраля 2016 г.
- ^ Чен, Чжэн; Сюй, По-Чун; Лопес, Джеффри; Ли, Ючжан; Джону В.Ф.; Лю, Нэн; Ван, Чао; Эндрюс, Шон С.; Лю, Цзя (11 января 2016 г.). «Быстрые и обратимые термореактивные полимерные коммутационные материалы для более безопасных батарей». Энергия природы . 1 (1): 15009. Бибкод : 2016NatEn...115009C . дои : 10.1038/nenergy.2015.9 . S2CID 28230945 .
- ↑ Оригами: удивительно простой секрет создания гибких литий-ионных батарей высокой мощности , Extreme Tech, 5 февраля 2014 г., Себастьян Энтони.
- ^ Сандхана, Лакшми (30 мая 2014 г.). «Ученые создают пряжу для литий-ионных аккумуляторов, которую можно ткать» . Новый Атлас . Проверено 7 января 2017 г.
- ^ Лавинг, Дэниел (18 июля 2014 г.). «Гибкие печатные аккумуляторы для носимых устройств» . Обзор технологий . Проверено 7 января 2017 г.
- ^ Боргино, Дарио (2 мая 2014 г.). «Гибкая, высокопроизводительная батарея скоро может найти свое применение в ваших умных часах» . Новый Атлас . Проверено 7 января 2017 г.
- ^ «Сотрудничество с AGM Batteries Ltd идет полным ходом» . 12 октября 2016 г. Проверено 7 января 2017 г.
- ^ Сьеза, Ребекка Э.; Уитакреа, Дж. Ф. (2017). «Сравнение стоимости цилиндрических и призматических литий-ионных элементов с использованием модели затрат, основанной на процессе» . Журнал источников энергии . 340 : 273–281. Бибкод : 2017JPS...340..273C . дои : 10.1016/j.jpowsour.2016.11.054 .
эффект масштаба уже достигнут, а будущее снижение затрат за счет увеличения объемов производства минимально. Призматические ячейки, которые позволяют дополнительно извлечь выгоду из снижения затрат за счет более крупных форматов, могут предложить дальнейшее снижение, чем возможное для цилиндрических ячеек.
- ^ «Поставщик литий-ионных аккумуляторов по индивидуальному заказу» . Большая мощность . Проверено 5 марта 2016 г.
- ^ Перейти обратно: а б Чунг, ХК (2021). «Профили заряда и разряда перепрофилированных аккумуляторов LiFePO 4 на основе стандарта UL 1974» . Научные данные . 8 (1): 165. Бибкод : 2021НатСД...8..165С . дои : 10.1038/s41597-021-00954-3 . ПМЦ 8253776 . ПМИД 34215731 . S2CID 235718828 .
- ^ Мартинес-Ласерна, Э.; Гандиага, И.; Сараскета-Забала, Э.; Бадеда, Дж.; Строе, Д.-И.; Сверчинский, М.; Гойкоэчеа, А. (октябрь 2018 г.). «Вторая жизнь аккумулятора: шумиха, надежда или реальность? Критический обзор современного состояния». Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики . 93 : 701–718. дои : 10.1016/j.rser.2018.04.035 . S2CID 115675123 .
- ^ Ахмади, Лейла; Да, Артур; Фаулер, Майкл; Янг, Стивен Б.; Фрейзер, Ройдон А. (июнь 2014 г.). «Экологическая целесообразность повторного использования аккумуляторов электромобилей». Устойчивые энергетические технологии и оценки . 6 : 64–74. дои : 10.1016/j.seta.2014.01.006 .
- ^ Казальс, Льюк-Каналс; Аманте Гарсия, Б.; Канал, Камилла (февраль 2019 г.). «Срок службы аккумуляторов, отслуживших свой срок: оставшийся срок службы и анализ окружающей среды» . Журнал экологического менеджмента . 232 : 354–363. дои : 10.1016/j.jenvman.2018.11.046 . hdl : 2117/126136 . ПМИД 30496965 . S2CID 54168385 .
- ^ Подиас, Андреас; Пфранг, Андреас; Ди Персио, Франко; Кристон, Акос; Бобба, Сильвия; Матье, Фабрис; Мессаги, Мартен; Бун-Бретт, Лоис (18 июля 2018 г.). «Оценка устойчивости вторичного использования автомобильных аккумуляторов: старение элементов литий-ионных аккумуляторов в автомобильной промышленности и в сетевых приложениях» . Всемирный журнал электромобилей . 9 (2): 24. дои : 10.3390/wevj9020024 .
- ^ Тонг, Шицзе; Фунг, Цз; Кляйн, Мэтью П.; Вайсбах, Дэвид А.; Пак, Джэ Ван (июнь 2017 г.). «Демонстрация повторного использования аккумулятора электромобиля для хранения солнечной энергии и управления спросом». Журнал хранения энергии . 11 : 200–210. дои : 10.1016/j.est.2017.03.003 .
- ^ Камат, Дипти; Шукла, Сиддхарт; Арсено, Рената; Ким, Хён Чхоль; Антил, Анник (июль 2020 г.). «Оценка стоимости и углеродного следа аккумуляторов для электромобилей, бывших в употреблении, в жилых и коммунальных целях». Управление отходами . 113 : 497–507. Бибкод : 2020WaMan.113..497K . дои : 10.1016/j.wasman.2020.05.034 . ПМИД 32513441 . S2CID 219552264 .
- ^ Кинар, Онора; Редондо-Иглесиас, Эдуардо; Пелисье, Серж; Вене, Паскаль (14 марта 2019 г.). «Быстрые электрические характеристики высокоэнергетических литий-ионных аккумуляторов второго срока службы для встраиваемых и стационарных приложений» . Батареи . 5 (1): 33. doi : 10.3390/batteries5010033 .
- ^ Хейманс, Кэтрин; Уокер, Шон Б.; Янг, Стивен Б.; Фаулер, Майкл (август 2014 г.). «Экономический анализ аккумуляторов для электромобилей вторичного использования для хранения энергии в жилых домах и выравнивания нагрузки» . Энергетическая политика . 71 : 22–30. дои : 10.1016/j.enpol.2014.04.016 .
- ^ Каналы Казальс, Люк; Аманте Гарсиа, Беатрис (17 марта 2017 г.). «Батареи второго срока эксплуатации на газотурбинной электростанции для оказания услуг по регулированию территории» . Батареи . 3 (4): 10. doi : 10.3390/batteries3010010 . hdl : 2117/102963 .
- ^ Чунг, ХК; Ченг, ЮК (2020). «Краткий обзор стандартов безопасности при перепрофилировании аккумуляторов» . Ежемесячный журнал инженерной деятельности Taipower . 860 : 35–44. дои : 10.31224/osf.io/d4n3s . S2CID 242911477 .
- ^ Хоссейн, Эклас; Мерто, Даррен; Моди, Джейсен; Фарук, Хоссейн Мансур Ресалат; Хак Санни, штат Мэриленд Самиул; Мохаммад, Наим (2019). «Всеобъемлющий обзор аккумуляторов Second Life: текущее состояние, аспекты производства, применения, последствия, барьеры и потенциальные решения, бизнес-стратегии и политика» . Доступ IEEE . 7 : 73215–73252. дои : 10.1109/access.2019.2917859 . S2CID 182891496 .
- ^ Чунг, ХК; Ченг, Ю.К. (2019). «Планирование действий и анализ ситуации по перепрофилированию и использованию аккумуляторов в Китае» . Журнал Тайваньской энергетики . 6 : 425–451. doi : 10.31224/osf.io/nxv7f . S2CID 241657732 .
- ^ Гур, К.; Хацикириаку, Д.; Баше, К.; Саломон, М. (2018). «Повторное использование аккумуляторов электрифицированных транспортных средств как средство интеграции возобновляемых источников энергии в европейскую электросеть: политика и анализ рынка». Энергетическая политика . 113 : 535–545. дои : 10.1016/j.enpol.2017.11.002 .
- ^ Чжу, Джунер; Мэтьюз, Ян; Рен, Дуншэн; Ли, Вэй; Когсуэлл, Дэниел; Син, Бобин; Седлачек, Тобиас; Кантаредди, Сай Нитин Р.; Йи, Мэнчао; Гао, Тао; Ся, Юн; Чжоу, Цин; Вежбицкий, Томаш; Базант, Мартин З. (август 2021 г.). «Варианты отработанного или второго срока службы аккумуляторов для электромобилей, вышедших из эксплуатации» . Отчеты о клетках Физические науки . 2 (8): 100537. Бибкод : 2021CRPS....200537Z . дои : 10.1016/j.xcrp.2021.100537 . S2CID 238701303 .
- ^ Шнайдер, Э.Л.; Киндлайн, В.; Соуза, С.; Малфатти, CF (апрель 2009 г.). «Оценка и повторное использование элементов аккумуляторных батарей». Журнал источников энергии . 189 (2): 1264–1269. Бибкод : 2009JPS...189.1264S . дои : 10.1016/j.jpowsour.2008.12.154 .
- ^ Шнайдер, Э.Л.; Оливейра, Коннектикут; Брито, РМ; Малфатти, CF (сентябрь 2014 г.). «Классификация выброшенных NiMH и литий-ионных аккумуляторов и повторное использование элементов, все еще находящихся в рабочем состоянии, в прототипах». Журнал источников энергии . 262 : 1–9. Бибкод : 2014JPS...262....1S . дои : 10.1016/j.jpowsour.2014.03.095 .
- ^ Чжао, Гуанджин (2017). Повторное использование и переработка литий-ионных аккумуляторов . Сингапур. ISBN 9781119321859 .
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )