新型阳极材料和性能增强剂推动电池材料的发展

2020年2月4日

随着政府加大支持电动汽车普及的努力,人们开始使用更多的电子设备,延长电池寿命仍然是技术领域的主要重点领域。

常规的锂离子电池电解质已经在该行业中占主导地位。但是,这些技术往往会因多次充电过程而断电,从而可能损坏环境。这些问题促使制造商和开发人员开发出新颖的电池材料,不仅减少了环境足迹,而且有助于延长电池寿命和性能参数,以满足未来应用的需求。

阳极材料的研究推动了能量密度的提高

365每日更新最新网址 自2007年以来,研究人员注意到,由于涉及电池正极组件性能的开发收益减少,新电池的能量密度大大降低。因此,研究现已转向电池材料的材料创新。近年来,制造商已经使用包括锂和硅在内的新型材料作为阳极材料,因为从理论上讲,这些材料能够容纳的电子数量是石墨的 10倍,从而使锂离子电池的制造量达到20能量密度提高40%。

然而,诸如硅和锂的材料在长时间暴露于电时会产生溶胀的问题。由于知识产权问题,这种技术的发展过程使问题进一步复杂化。此外,负极材料开发人员意识到电池材料市场的增长潜力,预计到2025年其价值将达到100亿美元。

解决溶胀问题的一种更广泛使用的解决方案是用氧化硅或金属代替约10%的阳极石墨,这大大降低了溶胀的风险。其他制造商已开始开发由专有非石墨材料和硅制成的纳米结构的纳米复合材料。这样的复合材料被开发为多孔的,同时被密封在单独的外层中,以消除渗透到复合材料中并最小化放电和充电过程中的潜在损坏。

365每日更新最新网址 新型电池材料组合可利用可持续发展趋势

365每日更新最新网址 据伊利诺伊大学的研究人员称,它们已成为第一个设计使用二氧化碳锂材料以可充电方式运行的电池的公司。该项目设法开发了一种原型,使用了新材料,例如二硫化钼,这将促进碳和碳酸锂材料的循环利用。

这种新颖的电池材料组合使二氧化碳二氧化碳锂电池能够保持碳中和,从而提高了先进的储能系统的使用范围。

365每日更新最新网址 IBM为电池领域的发展做出了贡献,该电池可使用从海水中提取的新型组件工作,而不再使用传统的重金属组件。由于更容易解决采购问题,因此预计这种发展会产生广泛的影响。

IBM的新设计使用了不含镍和钴的阴极电池材料 ,该材料将支持具有更高闪点的液体电解质,从而符合更高的安全标准。该设计还减少了充电过程中锂金属树枝状晶体的产生,以最大程度地降低了可燃性,而可燃性是传统锂阳极材料的主要局限之一,因此在电动汽车电池中发挥了更大的作用。

二氧化碳,锌和锰电池材料

365每日更新最新网址 初创公司开发了一种新的电池材料,该材料不包括钴和镍等危险材料,同时产生的能量密度是传统电池的两倍,重量减轻了60%。事实证明,该电池非常适合电动氢动力卡车,该卡车可以独立运行。

365每日更新最新网址 同时,麻省理工学院的研究人员声称已开发出一种新型电池材料,该材料能够在充电过程中从周围的空气中吸收二氧化碳,而在放电过程中会释放出气体。

凭借其能力,此类技术和材料被视为抗击气候变化的工具,预计它将成为推动未来几年需求增长的主要因素。这样的电池材料还摆脱了对热能的需求,而仅需要小的电化学变化以推动电池的释放循环中的这种分离。

电池材料行业的另一项发展来自阿德莱德大学,该大学使用了一种不可燃的水性电解质以及无毒形式的锰和锌。预计这种类型的电池材料将在电动汽车领域以及储能应用中得到广泛应用,以满足风能和太阳能行业的需求。另外,与这种新电池相关的成本将比大多数传统锂电池低约30倍,这将在可预见的未来维持需求。

锂电池材料的发展保持可再生性

365每日更新最新网址 随着材料和设计的更新,锂离子技术有望在未来几年达到能量极限。然而,破坏性活性材料的发现将允许负极和正极的额外存储,这将有助于应对电池生产原料的短缺。

锂硫在电池材料行业中迅速引起人们的兴趣。该材料利用主体结构,这会导致锂阳极的消耗,而硫变成不同的化合物。这种电池使用了重量轻的活性材料,从而大大提高了能量密度,使其成为航天和航空工业中的理想选择。

此外,由于固态液体电解质所引起的缺乏可燃性,由于具有较高的安全性,因此使用固态锂电解质的电池也获得了关注,此外, 固态电解质还具有更好的保质期和简单的机械功能。

目前,锂离子电池技术允许很高的能量密度,这使得快速充电,更宽的工作温度范围以及充放电循环方面的卓越性能成为可能。