锂电池知识

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锂离子、磷酸铁锂、锰酸锂、新能源

为何电动车还没有普及呢?

2021-02-05 ryder

假如电池要再次改变我们的生活,有三个问题要解决:电力、能源和安全。


电动飞机可能成为航空业的未来。从理论上讲,电动飞机比传统飞机更安静、更便宜、更环保。假如一架电动飞机一次充电就能飞行1000公里,它就能完成当今近一半的商业飞行,并将全球航空碳排放减少15%。


电动车也是如此。事实上,电动车不仅环保,而且性能更好。电机噪音小,可以快速响应司机的指令。给汽车充电比烧油便宜多了。电动车的移动部件更少,维护成本更低。


为何电动车还没有普及呢?因为电池太贵了,所以买一辆电动车的前期成本比买一辆类似的汽油动力车要高。除非你一直开车,否则省下的汽油不足以支付你的前期成本。简而言之,电动车还不够经济。


电池还不能通过重量或体积为客机供应动力。人类要在电池技术上取得突破,才能真正普及。


便携式电池设备改变了我们的生活,但电池受到物理定律的限制。在1799年发明了第一块电池的两个多世纪后,我们一直在研究它,但科学家们仍然不完全知道设备内部的情况。我们只知道,假如我们想让电池再次改变我们的生活,有三个问题要解决:电力、能源和安全。


没有通用的锂电池


每个锂电池有两个极:一个阴极和一个阳极。大多数锂电池的正极是由石墨制成的,而负极则由多种材料制成,具体取决于电池的使用场合。从下图中可以看出不同阴极材料对电池性能的影响。


权力挑战


很多时候,我们把能量和能量混在一起,但是在电池上,这两个词的意思略有不同。功率表示能量释放的速率。我们称之为权力。


假如你想让一架商用飞机一次充电飞行1000公里,你要强大的电池,在很短的时间内释放足够的能量,尤其是在起飞的时候。所以,它不足以在电池中储存很多能量,它必须很快被释放出来。


假如你想解决电源问题,你要更多地知道一些商业电池的内部结构。我们总是大肆宣传新的电池技术,重要是因为我们不关注细节。


我们使用的电池中最常见的化学物质是锂离子。大多数专家认为,没有其他化学物质能够在10年或更长的时间内打败锂超粒子。锂电池有两个电极(阴极和阳极),一个隔膜(一种传导离子而不是电子以预防短路的材料),一个隔膜在中间,一个电解质(通常是液体)允许锂离子在两极之间来回流动。当电池充电时,离子从阴极流向阳极,当电池放电时,离子向相反的方向移动。


把它想象成两个面包,一个在左边是阴极,另一个在右边是阳极。让我们假设阴极是由镍、锰和钴板(NMCS)组成的,阳极是由石墨构成的,石墨作为一层又一层的碳原子。


在放电状态下,NMC面包夹在锂离子层之间。当电池充电时,锂离子从夹层中被提取出来,并强行通过液体电解质。分离器确保只有锂离子可以通过石墨层。当电池充满电后,阴极就没有锂离子了,锂离子整齐地排列在石墨块之间。当电池释放能量时,锂离子流回阴极,直到阳极没有锂离子。那就是我们要重新充电的时候。


本质上,电池的功率是由它处理的速度决定的。加快速度不是那么容易的。假如锂离子从阴极中提取得太快,就会损坏阴极层。因此,手机、笔记本电脑或电动车使用的时间越长,电池寿命就越短。每次充电和放电,面包屑都会变得脆弱。


许多公司正在寻找更好的解决办法。一种想法是用更强的东西代替电极层。例如,瑞士电池公司Leclanche正在开发一种以锂铁磷酸盐(LFP)为阴极,橄榄状结构,钛酸锂氧化物(LTO)为阴极的技术

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