Mis on liitiumakude arengusuund?

Sissejuhatus
Liitiumioonakud on tänapäeval ühed enim kasutatavad energiasalvestussüsteemid. Need toidavad suurt hulka seadmeid, alates nutitelefonidest ja sülearvutitest kuni elektrisõidukiteni (EV) javõrgusalvestussüsteemidLiitiumioonakudel on kõrge energiatihedus, pikk kasutusiga ja madal isetühjenemine, mis teeb neist atraktiivse valiku energia salvestamiseks. Kuid neil on ka mõned piirangud, näiteks kõrge hind

Areng

1: kõrge energiatarbega D
Nende probleemide lahendamiseks töötavad teadlased välja uusi katoodmaterjale, mis pakuvad suuremat energiatihedust, pikemat tsükli eluiga ja madalamaid kulusid. Üks paljutõotav kandidaat on liitiumirikas kihiline oksiid (LLO), mis suudab pakkuda kuni 50 protsenti suuremat energiatihedust kui NMC katoodid. LLO-l on ka pikem tsükli eluiga ja madalam hind, kuna see kasutab odavamaid ja rikkalikumaid materjale. Teiste paljutõotavate katoodimaterjalide hulka kuuluvad niklirikas NMC (NMC811), mis võib pakkuda suuremat võimsust kui tavalised NMC katoodid, ja liitiumraudfosfaat (LFP), millel on suurepärane ohutus ja tööiga, kuid väiksem energiatihedus.

2: ränianoodid
Anoodi materjal on liitiumioonaku teine ​​kriitiline komponent ja selle jõudlus mõjutab otseselt aku energiatihedust ja tsükli eluiga. Praegu kasutavad enamik kaubanduslikke liitiumioonakusid anoodimaterjalina grafiiti, mille teoreetiline võimsus on 372 mAh/g. Ränil on aga palju suurem teoreetiline võimsus – 4200 mAh/g, mis võib liitiumioonakude energiatihedust oluliselt suurendada.

Räni anoodimaterjalina kasutamise väljakutse seisneb selles, et selle maht muutub rattasõidu ajal suurel määral, mis võib põhjustada mehaanilisi rikkeid ja lühendada aku tööiga. Selle probleemi lahendamiseks töötavad teadlased välja erinevaid strateegiaid, nagu nanomõõtmeline projekteerimine, pinnakatted ja sideained, et leevendada räni anoodide mahu muutust ja parandada stabiilsust.

3: tahkiselektrolüüdid
Elektrolüüt on juhtiv keskkond, mis võimaldab liitiumioonidel laadimise ja tühjendamise ajal katoodi ja anoodi vahel liikuda. Praegu kasutavad enamik kaubanduslikke liitiumioonakusid vedelaid elektrolüüte, mis on tuleohtlikud ja tekitavad ohutusega seotud probleeme. Tahkiselektrolüüdid pakuvad vedelate elektrolüütide ees mitmeid eeliseid, nagu suurem ohutus, pikem tsükli eluiga ja laiem töötemperatuuri vahemik.

Tahkiselektrolüüdid võimaldavad kasutada ka liitiumanoode, mille teoreetiline võimsus on palju suurem kui grafiitanoodidel. Tahkiselektrolüüdid seisavad aga silmitsi mitmete väljakutsetega, nagu madal ioonjuhtivus, halb liideste ühilduvus elektroodide materjalidega ja kõrged tootmiskulud. Nendest väljakutsetest ülesaamiseks töötavad teadlased välja erinevat tüüpi tahkiselektrolüüte, nagu keraamilised, polümeersed ja komposiitelektrolüüdid, ning uurivad uudseid töötlemismeetodeid, et parandada nende jõudlust ja vähendada kulusid.

4: ringlussevõtt ja kasutusel olevad rakendused
Kasvav nõudlus liitiumioonakude järele on tekitanud muret nende keskkonnamõjude ja ressursside ammendumise pärast. Nende probleemide lahendamiseks uurivad teadlased erinevaid lähenemisviise kasutatud patareide taaskasutamiseks ja taaskasutamiseks. Ringlussevõtt võib taaskasutada väärtuslikke metalle, nagu liitium, koobalt, nikkel