Mengapa kita harus mensasarkan 800 kilometer? Kerana nilai ini adalah nilai yang diharapkan tertinggi untuk pelbagai pelayaran orang ramai, jika julat pelayaran kenderaan elektrik tidak dapat mencapai 800 kilometer, dan kosnya boleh diterima oleh kebanyakan orang, kenderaan elektrik akan mempunyai populariti yang kurang. Oleh itu, kami menetapkan nilai ini kepada matlamat projek bateri 500 kami. Projek ini bermula pada tahun 2009 dan dikuasai oleh Pusat Penyelidikan Almaden. Sejak itu, IBM telah menjalankan penyelidikan ini dengan beberapa rakan kongsi perniagaan dan institusi penyelidikan dari Eropah, Asia, dan Amerika Syarikat. Projek bateri 500 didasarkan pada teknologi logam udara. Berbanding bateri litium, bateri udara mempunyai lebih banyak tenaga per unit jisim. Penyelidikan projek masih mengambil masa beberapa tahun untuk dikomersialkan. Tetapi melalui tujuh tahun eksperimen ini, kita boleh berfikir bahawa bateri udara masa depan memang berguna dalam kenderaan elektrik. Mengapa bateri logam udara? Mengambil bateri lithium-udara sebagai contoh, untuk memahami masalah ini, mari kita lihat terlebih dahulu perbezaan antara bateri lithium-ion (sekarang bateri litium biasa) dan bateri lithium udara. Angka di bawah menunjukkan keadaan dalaman bateri semasa pengecasan dan pelepasan bateri lithium ion. Dalam bateri ion lithium konvensional, elektrod positif adalah karbon, dan elektrod negatif terdiri daripada oksida logam peralihan yang berbeza seperti kobalt, nikel, mangan, dan sebagainya. Kedua -dua elektrod telah direndam dalam elektrolit di mana garam litium dibubarkan. Semasa caj dan pelepasan, ion lithium bergerak dari satu elektrod ke yang lain. Arah pergerakan berbeza bergantung kepada sama ada bateri dicas atau dilepaskan bergantung pada keadaan bateri. Pada masa caj dan pelepasan, ion lithium akhirnya tertanam dalam lapisan atom bahan elektrod, dan oleh itu kapasiti bateri akhir bergantung kepada berapa banyak bahan yang dapat menampung ion lithium, iaitu, ditentukan oleh jumlah dan kualiti elektrod. 
△ Proses Pengecasan Bateri Lithium-Ion
Bateri lithium-udara berbeza-beza. Dalam bateri logam udara, tindak balas elektrokimia berlaku. Semasa proses pelepasan, elektrod positif yang mengandungi lithium melepaskan ion lithium, dan ion litium bergerak ke arah elektrod negatif dan bertindak balas dengan oksigen pada permukaan elektrod negatif untuk membentuk lithium peroksida (Li 2 O 2). Ion lithium, elektron dan oksigen bertindak balas pada permukaan elektrod negatif yang dibentuk oleh karbon berliang, kerana tindak balas kimia tidak berlaku pada elektrod negatif, dan ion lithium bukan bahan elektrod negatif. Oleh itu, kapasiti bateri dan jumlah atau jisim bahan elektrod negatif tidak terlalu tinggi. Hubungan besar, selagi terdapat kawasan permukaan yang cukup. Maksudnya, kapasiti bateri lithium-udara tidak ditentukan oleh jumlah dan kualiti elektrod, tetapi kawasan permukaan elektrod. Inilah sebabnya dalam bateri lithium-udara, elektrod jisim kecil juga boleh menyimpan sejumlah besar tenaga, mengakibatkan ketumpatan tenaga yang lebih tinggi. 
△ Proses Pengecasan Bateri Lithium-Air
Sudah tentu, sebagai tambahan kepada ketumpatan tenaga, kos juga merupakan pertimbangan penting. Harga bateri kini berada dalam lingkungan 200-300 dolar AS / kWh, jika anda boleh menjalankan 5-6 km per kWh, 800 km memerlukan bateri 150 kWh, anda memerlukan 30,000-4.5 juta. Sebuah kereta siri BMW 2 hanya memerlukan $ 33,000. Oleh itu, jika anda mahu pengeluaran besar -besaran, harga per kWh mesti turun di bawah $ 100. Apakah masalah yang perlu saya selesaikan untuk pengkomersialan bateri lithium-udara? Apabila litium dan oksigen hanya tertakluk kepada tindak balas redoks, ketumpatan tenaga maksimum teoritis yang boleh dihasilkan adalah 3,460 WH/kg. Selain daripada bahagian sel yang tidak menjalani tindak balas kimia, nilai ketumpatan tenaga yang akhirnya dapat dicapai juga sangat diingini. Sudah tentu, anda juga akan menghadapi masalah. Proses pengecasan bateri lithium-udara adalah serupa dengan bateri ion lithium konvensional, selagi ia ditekan secara luaran. Perbezaannya ialah dalam bateri lithium-udara, apabila terdapat voltan luaran, struktur litium peroksida dimusnahkan, dan ia dikurangkan kepada ion oksigen dan litium, dan ion lithium dikembalikan ke elektrod positif. Bateri lithium-udara, seperti bateri lithium tradisional, mempunyai lebih banyak kitaran caj dan pelepasan dan mempunyai lebih banyak kesan sampingan di dalam bateri. Kesan sampingan ini adalah asas kepada pengeluaran besar -besaran dan pengkomersialan mereka. Untuk memahami kesan kesan sampingan ini pada bateri, kami menggunakan spektrometer jisim elektrokimia di pusat penyelidikan untuk mengukur secara tepat jumlah gas yang digunakan dan dihasilkan semasa setiap kitaran caj dan pelepasan. Akibatnya, masalah telah ditemui: bateri lithium-udara memancarkan kurang oksigen semasa mengecas daripada oksigen yang digunakan semasa pelepasan. (Dalam ujian, oksigen kering digunakan bukan udara.) 
Spektrometer Massa Elektrokimia Pusat Penyelidikan IBM (: IBM)
Dalam sel bateri yang ideal, oksigen yang digunakan semasa pelepasan adalah sama dengan jisim oksigen yang dikeluarkan semasa pengisian. Tetapi kajian mendapati bahawa jumlah oksigen yang dikeluarkan adalah kurang, yang bermaksud bahawa oksigen yang tidak dilepaskan mungkin bertindak balas dengan komponen dalam unit bateri, seperti lebur ke dalam elektrolit, bateri berada di dalamnya. Penggunaan. Di makmal IBM yang lain di Zurich, kami menjalankan eksperimen baru untuk mengesan dan mengomputerkan tindak balas kimia yang merosakkan diri ini. Akhirnya, sebabnya ditemui pada elektrolit organik. Kemudian kami mengkaji masalah ini. Dalam unit bateri terkini, selepas menggunakan elektrolit baru, ia boleh melepaskan kebanyakan oksigen yang diserap semasa pelepasan. Di samping itu, kami juga menjejaki penggunaan dan pengeluaran hidrogen dan air semasa caj dan pelepasan, kerana kehadiran kedua-dua bahan ini bermakna terdapat sekurang-kurangnya satu reaksi kimia pemantauan diri di dalam bateri. Unit bateri semasa kami telah dapat mencapai 200 kitaran caj dan pelepasan, walaupun ini adalah untuk membuat proses pengecasan sebenar jauh lebih rendah daripada maksimum teoritis. Sebagai tambahan kepada masalah ini, kami mempunyai beberapa penemuan utama mengenai pelbagai komponen bateri lithium-udara: 1. Elektrod positif adalah berbeza daripada elektrod positif yang diperbuat daripada grafit dalam bateri ion lithium tradisional. Dalam bateri lithium-udara, elektrod positif yang mengandungi litium akan mengubah beberapa permukaan semasa proses pengecasan, dan beberapa struktur seperti lumut atau pokok tumbuh. Ia adalah dendrite. Dendrit ini sangat berbahaya kerana mereka boleh membentuk gelung konduktif antara elektrod positif dan negatif untuk membuat litar pintas. 
△ Elektrod positif bateri lithium-udara, selepas beberapa puluhan kitaran, permukaan menghasilkan struktur dendritik
Untuk mengurangkan kejadian dendrit, kami menggunakan membran pengasingan khas. Pemisah ini terdiri daripada lapisan bahan yang mengandungi banyak liang nanoscale yang cukup kecil dan diedarkan secara merata merentasi membran untuk membolehkan laluan ion litium dan untuk menindas pengeluaran dendritik. Kerana kehadiran pemisah ini, anod tetap lancar selepas beberapa ratus kitaran caj. Sekiranya pemisah tradisional digunakan, dendrit akan berlaku selepas beberapa kitaran. Jika anda menggunakan polimer kaca dengan ion konduktif, kesannya akan lebih baik. 
△ Elektrod positif bateri lithium-udara, setelah menggunakan filem nano-isolation, permukaannya tetap lancar
2. Elektrolit yang kini digunakan dalam elektrolit masih bertindak balas dengan oksigen atau sebatian lain yang dihasilkan dalam kitaran caj dan pelepasan dan dengan itu dimakan. Setakat ini, kami tidak menemui sebarang pelarut yang cukup stabil untuk membolehkan bateri lithium-udara memasuki peringkat komersial. 3. Semasa proses pengecasan, ion lithium boleh bertindak balas dengan elektrod negatif untuk menghasilkan nitrat litium. Lithium nitrat juga bertindak balas dengan elektrolit, memakan elektrolit dan menghasilkan karbon dioksida. Dalam ujian, kami juga mengesan jumlah litium nitrat yang dihasilkan dan mengambil beberapa langkah untuk mengurangkan pengeluarannya. Walau bagaimanapun, kerana voltan pengecasan yang diperlukan mestilah lebih tinggi daripada voltan operasi bateri dengan sekurang -kurangnya 700mV. Overvoltage akan mengurangkan kecekapan pengecasan bateri. Kami telah cuba menukar karbon ke beberapa oksida logam lain, dan hasilnya tidak banyak berubah. 4. Pemangkin mengenai sama ada atau tidak menggunakan pemangkin dalam bateri logam, terdapat banyak perdebatan antara kebaikan dan lawan. Penggunaan pemangkin dapat mengurangkan terjadinya keadaan overpressur, tetapi pemangkin yang sama pada umumnya juga mempercepatkan penggunaan elektrolit. Dalam kajian teoritis kami, tenaga pengaktifan sangat rendah dalam pengoksidaan dan pengurangan litium. Oleh itu, dalam bateri lithium-udara, pemangkin tidak diperlukan. 5. Penyediaan udara Walaupun bateri dipanggil bateri udara litium, sebenarnya kami menggunakan oksigen kering. Penekanan diletakkan pada "pengeringan" kerana hanya perlu mengeluarkan komponen wap air dan karbon dioksida di udara. Untuk menghasilkan secara besar-besaran udara dalam bateri komersial, sistem pembersihan udara ringan, cekap, dan stabil diperlukan. Dari perspektif ini, aplikasi praktikal bateri lithium-udara mungkin berada di dalam bas, trak, dan kenderaan besar yang lain. Hanya kenderaan besar ini yang dapat menampung peralatan pembersihan udara. Unit bateri yang kini digunakan untuk ujian masih kecil, diameter 76 mm dan panjang 13 mm, yang jauh dari cukup untuk standard kenderaan elektrik. Oleh itu, salah satu tugas yang paling penting yang perlu dilakukan ialah cara membuat sel bateri yang lebih besar, pakej dan pek sel bateri banyak ke dalam satu pek bateri, dan kemudian mempunyai sistem pengurusan bateri. Kami juga menguji beberapa saiz yang berbeza, seperti 100 x 100mm (diameter 100mm, panjang 100mm). Pada masa ini, projek ini masih dalam peringkat awal sains asas mengenai bahan dan tindak balas kimia, tetapi hasil yang diperoleh adalah positif. Dalam kajian kami, ketumpatan tenaga yang kini dapat dicapai adalah tindak balas oksidoreduktif lithium sebanyak 15 kWh/kg (menggunakan katod karbon mentah, 5700 mAh x 2.7 v/g), dan ketumpatan tenaga dalam sel adalah kira -kira 800 WH/kg . Bateri natrium-udara: Ketumpatan tenaga yang rendah, tetapi dalam bateri udara yang stabil, terdapat banyak logam yang boleh digunakan, sebagai tambahan kepada litium, natrium dan kalium. Reaksi terbalik logam ini lebih mudah, dan logam yang lebih berat seperti magnesium, aluminium, zink, besi, dan lain -lain telah terbukti sukar untuk mengisi semula, jadi projek bateri 500 memilih untuk mengkaji kedua -dua litium dan natrium. logam. Bateri natrium-udara adalah satu lagi kombinasi yang menarik, walaupun ketumpatan tenaga yang dapat dicapai adalah lebih rendah berbanding bateri lithium-udara, tetapi manfaatnya lebih stabil. Sebab mengapa ketumpatan tenaga adalah rendah ialah tindak balas kimia yang dihasilkan adalah berbeza. Seperti yang disebutkan di atas, dalam bateri lithium-udara, litium bertindak balas dengan oksigen untuk menghasilkan litium peroksida (Li2O2), tetapi dalam bateri natrium udara, natrium bertindak balas dengan oksigen menggunakan hanya satu elektron, yang mengakibatkan nodium superoxide NaO2. Daripada natrium peroksida, Na2O2. Sebagai perbandingan, ketumpatan tenaga yang dapat dihasilkan oleh bateri natrium-udara secara teorinya dikurangkan sebanyak separuh, dan batas atas teoretikal ketumpatan tenaga adalah 1100 WH/kg. Sebaliknya, bateri natrium-udara lebih cekap daripada bateri lithium-udara, dan overvoltage agak rendah, kurang daripada 20mV (700mV untuk litium). Memandangkan ini, voltan operasi unit bateri boleh dikurangkan kepada 3V, supaya penggunaan diri komponen lain di dalam bateri dapat dikurangkan banyak, seperti elektrolit. Kami mengukurnya dengan eksperimen dan mendapatnya disahkan. Ini mempunyai kelebihan bahawa kestabilan bateri agak tinggi, dan kapasiti bateri tidak berubah selepas 50 kitaran caj dan pelepasan. Terdapat juga beberapa cabaran dalam penggunaan komersil bateri natrium. Sebagai contoh, bateri natrium udara menggunakan dua kali lebih banyak oksigen sebagai bateri lithium-udara sebagai tindak balas kepada tindak balas, bersamaan dengan jumlah udara yang diperlukan untuk menghasilkan enjin omboh kuasa yang sama. Di samping itu, aktiviti kimia logam natrium agak tinggi, dan ramai orang akan mengingati demonstrasi yang dibuat oleh guru kimia di kelas sekolah menengah. Sekeping natrium kecil dibuang ke dalam air, dan tindak balas kimia ganas akan berlaku. Walau bagaimanapun, litium adalah logam yang jarang berlaku dan ia tidak murah. Tetapi natrium adalah logam biasa dan kosnya sangat rendah. Kos bahan dalam bateri natrium udara saiz yang sama kurang daripada sepersepuluh dari bateri lithium-udara. Walaupun dalam jangka masa panjang, bateri lithium-udara akan mempunyai prestasi yang lebih baik, tetapi memandangkan kestabilan dan kos, bateri natrium-udara yang tidak serendah tenaga akan menjadi pilihan yang lebih baik dari bateri semasa ke masa depan. 0 kali
Window._bd_share_config = {"biasa": {"bdsnskey": {}, "bdtext": "", "bdmini": "2", "bdminilist": false, "bdpic": "", "bdstyle": " 0 "," bdsize ":" 24 "}," kongsi ": {}," image ": {" viewlist ": [" qzone "," tsina "," tqq "," renren "," weixin "] "viewText": "kongsi ke:", "viewSize": "16"}, "selectshare": {"bdcontainerclass": null, "bdselectminilist": ["qzone", "tsina", "tqq", "renren" , "Weixin"]}}; dengan (dokumen) 0 [(getElementsByTagName ('Head') [0] || body) .appendChild (createeLement ('script')). src = 'http: //bdimg.share. Baidu.com/static/api/js/share.js?v=89860593.js?cdnversion= ' + ~ (-new date ()/36e5)];
