État de la recherche et orientation du développement des batteries à double ionisation
Avec le développement rapide des véhicules électriques, les batteries lithium-ion continuent d'apparaître dans les véhicules électriques à quatre roues, deux-roues vélo électrique et tricycle électriqueLa gamme des véhicules électriques continue d'augmenter, la densité énergétique de la batterie, le coût des exigences ont progressivement augmenté.
La densité énergétique des batteries lithium-ion existantes est déjà proche de la limite théorique, et les prix du lithium, du cobalt, du nickel et d'autres matières premières exercent une forte pression sur le coût des batteries lithium-ion. Pour faire face à ces crises, la mise au point de nouvelles technologies et de nouveaux produits est le seul choix possible.
Grâce aux efforts conjoints des universités et de l'industrie, de nombreuses nouvelles technologies sont à l'essai, telles que les batteries à semi-conducteurs, les batteries lithium-air, etc. Les batterie double ion s'est développée rapidement ces dernières années et sa force ne doit pas être sous-estimée. Cet article vous permet de comprendre la batterie double ion, ainsi que l'état de la recherche et l'orientation du développement, etc.
Table des matières
Qu'est-ce qu'une batterie double ion ?
La batterie à double ion (DIB) a attiré beaucoup d'attention en tant que nouveau type de dispositif de stockage d'énergie rentable, à haute tension et respectueux de l'environnement. La batterie à double ion possède un mécanisme de stockage d'énergie redox synergique anion et cation, qui permet d'obtenir une puissance et une densité d'énergie élevées en même temps, et présente le double avantage de la sécurité et du coût par rapport à la batterie au lithium-ion.
Par rapport aux batteries lithium-ion, elle présente le double avantage de la sécurité et du coût, et a été reconnue par l'Union internationale de chimie pure et appliquée (UICPA) comme l'une des "10 premières technologies émergentes" en 2020.
Le concept de batterie double ion a été développé à partir des batteries doubles au carbone (DCB) ou des batteries doubles au graphite (DGB) et provient de l'étude des composés intercalaires de graphite (GIC). Dans un système de batterie à double ion, il n'y a pas un seul ion impliqué dans la réaction électrochimique.
De même, dans une batterie lithium-ion, seul un ion, Li+, est transporté entre les anodes positives et les anodes, et l'anion dans la batterie lithium-ion est transporté entre les anodes positives et les anodes, et l'anion dans la batterie lithium-ion. électrolyte pour batterie lithium-ion ne participe pas à la réaction. Dans une batterie à double ion, non seulement les cations peuvent être incorporés, mais aussi les anions dans l'électrolyte, d'où le nom de batterie à double ion.
Caractéristiques matérielles de la batterie double ion
La plupart des premières études sur les batteries à double ionisation étaient basées sur le système de batterie graphite-graphite, où le graphite est utilisé à la fois comme cathode et comme anode de la batterie.
En ce qui concerne les matériaux de cathode, la cathode des batteries à double ion adopte généralement des matériaux à base de graphite et de carbone pour réaliser la charge et la décharge de la batterie par le processus d'insertion/désinsertion d'anions. Le graphite, qui est un bon matériau de stockage de l'énergie, le carbone dur et le carbone mou, qui sont des matériaux de stockage de l'énergie bon marché et efficaces, ont été utilisés dans les batteries lithium-ion, batterie sodium-ion et d'autres domaines, l'industrialisation en tête.
En ce qui concerne l'électrolyte, l'électrolyte des batteries à double ion, en plus de servir de milieu de transport des ions, est également une source d'ions actifs dans le processus de charge et de décharge, et a donc un impact important sur les performances électrochimiques telles que la capacité de la batterie, la durée de vie du cycle, la densité énergétique, etc.
La concentration de l'électrolyte affecte le comportement de stockage des anions, une forte concentration d'électrolyte peut réduire le potentiel d'incorporation des anions mais la cinétique est relativement lente, une faible concentration d'électrolyte est bénéfique pour la cinétique de transport des anions mais la capacité spécifique est relativement faible.
Par conséquent, les chercheurs doivent non seulement mener une étude systématique sur le comportement de stockage des anions incorporés dans l'électrolyte entre les couches cathodiques en graphite, mais aussi prendre en compte la compatibilité de l'électrolyte avec les matériaux anodiques incorporant des cations ; un système d'électrolyte adapté au stockage de l'énergie à la fois dans l'anode et dans l'anode est donc construit.
En ce qui concerne les matériaux d'anode, les matériaux d'anode couramment utilisés pour les batteries à double ion comprennent principalement les matériaux à base de carbone, les oxydes/sulfures de métaux de transition, les matériaux d'anode organiques et les matériaux d'anode alliés. En particulier, l'anode alliée, qui présente les avantages d'une capacité spécifique élevée et d'un point de réaction modéré, est peu à peu entrée dans les mœurs et a reçu l'attention de l'industrie.
Les anodes d'alliage fonctionnent grâce à une réaction d'alliage électrochimique entre l'élément d'alliage de l'anode et les cations métalliques de l'électrolyte. Ces matériaux d'anode alliés ont tendance à avoir une excellente capacité de stockage pour les cations métalliques (par exemple, AlLi) et une excellente conductivité électrique (par exemple, Al).
Cependant, le changement radical de volume de l'anode alliée pendant la charge et la décharge, ainsi que les mauvaises performances en matière de multiplicité et de stabilité du cycle ont sérieusement entravé leur application pratique, et une percée est nécessaire tant dans le monde universitaire que dans l'industrie.
État actuel de la recherche sur les batteries à double ion
La Chine a également mené de nombreuses recherches dans les principaux domaines des batteries à double ion. Par exemple, dans le domaine de la recherche sur l'anode des batteries à double ion, représentée par l'Institut de technologie avancée de Shenzhen, le nouveau mécanisme de stockage d'énergie redox synergique par alliage de cations et insertion d'anions a été mis en avant pour la première fois ; la construction du nouveau système de batterie à double ion aluminium-graphite a été achevée ; la structure de la batterie a été simplifiée et la densité énergétique, les performances du multiplicateur et la sécurité ont été considérablement améliorées ;
En outre, l'équipe de SIAS a coopéré et échangé des idées avec Emma sur les batteries à double ion et d'autres produits et technologies, et est entrée dans la phase de conception détaillée.
Dans le cadre de la recherche sur l'électrode positive des batteries à double ion, représentée par le groupe de Yan Xingbin de l'université Sun Yat-sen, une recherche systématique a été menée sur la relation entre la microstructure des matériaux d'électrode positive à base de carbone et l'influence des propriétés de transport d'électrons et d'ions et la loi de régulation des performances.
En ce qui concerne la recherche sur les électrolytes des batteries à double ion, le groupe de Wang Hongyu de l'Institut de chimie appliquée de Changchun de l'Académie chinoise des sciences (CAS), représenté par Wang Hongyu, a rapporté pour la première fois en 2016 un système d'électrolyte cyclobutanesulfone basé sur des propriétés antioxydantes élevées.
En ce qui concerne l'amélioration de la stabilité de l'interface électrode/électrolyte des batteries à double ion, le groupe de Cui Guanglei, de l'Institut de recherche sur la bioénergie et les processus de Qingdao, de l'Académie chinoise des sciences, a utilisé pour la première fois le titanate de lithium en tant qu'électrode d'électrolyte pour les batteries à double ion, ce qui a permis d'améliorer la stabilité de l'interface. anode en graphite couche de recouvrement en surface.
Application industrielle de la batterie à double ion
En ce qui concerne l'application industrielle des batteries à double ion, le Japon est le pays qui a commercialisé le plus tôt les batteries à double ion, avec la naissance d'un certain nombre d'entreprises telles que Power Japan Plus Company en tant que représentante. Ces dernières années, la Chine a également entamé le processus d'industrialisation des batteries à double ion et est entrée dans la phase de R&D pilote et de production de masse.
L'Institut de recherche en technologies avancées de Shenzhen (SATRI) et son incubateur Shenzhen Zhongke Ruineng ont pris l'initiative de mener à bien la recherche et le développement pilotes de la batterie à double ion et de former une configuration parfaite des droits de propriété intellectuelle, et ont achevé la ligne de production pilote de la cellule et du module de la batterie à double ion.
Nous avons développé un cœur de batterie à double ion d'une capacité unique de 20 Ah et d'une densité énergétique de 160 Wh/kg, qui a passé le test d'une troisième organisation, avec un taux de rétention de capacité de 86,31 TTP3T pour 8 000 cycles à un multiplicateur de 10C, et nous avons initialement réalisé la démonstration de l'application d'un système de stockage d'énergie à double ion de 60 kWh.
Orientation du développement de la batterie double ion
À ce stade, les batteries à double ion, que ce soit du point de vue de la densité énergétique volumique ou de la densité énergétique pondérale, présentent encore un écart important par rapport aux batteries lithium-ion.
Principalement parce que la demande en électrolyte des batteries à double ion est beaucoup plus élevée que celle des batteries lithium-ion ordinaires, de sorte que l'électrolyte dans le poids de la batterie représente une grande partie de la réduction de la densité énergétique causée par l'électrolyte, tandis que la quantité d'électrolyte est trop importante, ce qui fait que le coût des batteries à double ion au stade actuel est nettement plus élevé que celui des batteries lithium-ion.
Par ailleurs, l'électrolyte, en tant que seule source de porteurs de charge actifs dans les batteries à double ion, joue un rôle crucial dans les performances de la batterie. Par conséquent, le choix d'un bon électrolyte pour assurer une conductivité ionique suffisante et une excellente stabilité électrochimique est une orientation majeure dans le développement des batteries à double ion.
Chanceux
Bonjour, je m'appelle Lucky, je suis diplômé d'une université réputée en Chine, je me consacre maintenant principalement à la rédaction d'articles sur les batteries de moto au lithium et la station d'échange de batteries, je m'engage à offrir des services et des solutions sur la station d'échange de batteries pour diverses industries.
État de la recherche et orientation du développement des batteries à double ionisation
Avec le développement rapide des véhicules électriques, les batteries lithium-ion continuent d'apparaître dans les véhicules électriques à quatre roues, deux-roues vélo électrique et tricycle électriqueLa gamme des véhicules électriques continue d'augmenter, la densité énergétique de la batterie, le coût des exigences ont progressivement augmenté.
La densité énergétique des batteries lithium-ion existantes est déjà proche de la limite théorique, et les prix du lithium, du cobalt, du nickel et d'autres matières premières exercent une forte pression sur le coût des batteries lithium-ion. Pour faire face à ces crises, la mise au point de nouvelles technologies et de nouveaux produits est le seul choix possible.
Grâce aux efforts conjoints des universités et de l'industrie, de nombreuses nouvelles technologies sont à l'essai, telles que les batteries à semi-conducteurs, les batteries lithium-air, etc. Les batterie double ion s'est développée rapidement ces dernières années et sa force ne doit pas être sous-estimée. Cet article vous permet de comprendre la batterie double ion, ainsi que l'état de la recherche et l'orientation du développement, etc.
Qu'est-ce qu'une batterie double ion ?
La batterie à double ion (DIB) a attiré beaucoup d'attention en tant que nouveau type de dispositif de stockage d'énergie rentable, à haute tension et respectueux de l'environnement. La batterie à double ion possède un mécanisme de stockage d'énergie redox synergique anion et cation, qui permet d'obtenir une puissance et une densité d'énergie élevées en même temps, et présente le double avantage de la sécurité et du coût par rapport à la batterie au lithium-ion.
Par rapport aux batteries lithium-ion, elle présente le double avantage de la sécurité et du coût, et a été reconnue par l'Union internationale de chimie pure et appliquée (UICPA) comme l'une des "10 premières technologies émergentes" en 2020.
Le concept de batterie double ion a été développé à partir des batteries doubles au carbone (DCB) ou des batteries doubles au graphite (DGB) et provient de l'étude des composés intercalaires de graphite (GIC). Dans un système de batterie à double ion, il n'y a pas un seul ion impliqué dans la réaction électrochimique.
De même, dans une batterie lithium-ion, seul un ion, Li+, est transporté entre les anodes positives et les anodes, et l'anion dans la batterie lithium-ion est transporté entre les anodes positives et les anodes, et l'anion dans la batterie lithium-ion. électrolyte pour batterie lithium-ion ne participe pas à la réaction. Dans une batterie à double ion, non seulement les cations peuvent être incorporés, mais aussi les anions dans l'électrolyte, d'où le nom de batterie à double ion.
Caractéristiques matérielles de la batterie double ion
La plupart des premières études sur les batteries à double ionisation étaient basées sur le système de batterie graphite-graphite, où le graphite est utilisé à la fois comme cathode et comme anode de la batterie.
En ce qui concerne les matériaux de cathode, la cathode des batteries à double ion adopte généralement des matériaux à base de graphite et de carbone pour réaliser la charge et la décharge de la batterie par le processus d'insertion/désinsertion d'anions. Le graphite, qui est un bon matériau de stockage de l'énergie, le carbone dur et le carbone mou, qui sont des matériaux de stockage de l'énergie bon marché et efficaces, ont été utilisés dans les batteries lithium-ion, batterie sodium-ion et d'autres domaines, l'industrialisation en tête.
En ce qui concerne l'électrolyte, l'électrolyte des batteries à double ion, en plus de servir de milieu de transport des ions, est également une source d'ions actifs dans le processus de charge et de décharge, et a donc un impact important sur les performances électrochimiques telles que la capacité de la batterie, la durée de vie du cycle, la densité énergétique, etc.
La concentration de l'électrolyte affecte le comportement de stockage des anions, une forte concentration d'électrolyte peut réduire le potentiel d'incorporation des anions mais la cinétique est relativement lente, une faible concentration d'électrolyte est bénéfique pour la cinétique de transport des anions mais la capacité spécifique est relativement faible.
Par conséquent, les chercheurs doivent non seulement mener une étude systématique sur le comportement de stockage des anions incorporés dans l'électrolyte entre les couches cathodiques en graphite, mais aussi prendre en compte la compatibilité de l'électrolyte avec les matériaux anodiques incorporant des cations ; un système d'électrolyte adapté au stockage de l'énergie à la fois dans l'anode et dans l'anode est donc construit.
En ce qui concerne les matériaux d'anode, les matériaux d'anode couramment utilisés pour les batteries à double ion comprennent principalement les matériaux à base de carbone, les oxydes/sulfures de métaux de transition, les matériaux d'anode organiques et les matériaux d'anode alliés. En particulier, l'anode alliée, qui présente les avantages d'une capacité spécifique élevée et d'un point de réaction modéré, est peu à peu entrée dans les mœurs et a reçu l'attention de l'industrie.
Les anodes d'alliage fonctionnent grâce à une réaction d'alliage électrochimique entre l'élément d'alliage de l'anode et les cations métalliques de l'électrolyte. Ces matériaux d'anode alliés ont tendance à avoir une excellente capacité de stockage pour les cations métalliques (par exemple, AlLi) et une excellente conductivité électrique (par exemple, Al).
Cependant, le changement radical de volume de l'anode alliée pendant la charge et la décharge, ainsi que les mauvaises performances en matière de multiplicité et de stabilité du cycle ont sérieusement entravé leur application pratique, et une percée est nécessaire tant dans le monde universitaire que dans l'industrie.
État actuel de la recherche sur les batteries à double ion
La Chine a également mené de nombreuses recherches dans les principaux domaines des batteries à double ion. Par exemple, dans le domaine de la recherche sur l'anode des batteries à double ion, représentée par l'Institut de technologie avancée de Shenzhen, le nouveau mécanisme de stockage d'énergie redox synergique par alliage de cations et insertion d'anions a été mis en avant pour la première fois ; la construction du nouveau système de batterie à double ion aluminium-graphite a été achevée ; la structure de la batterie a été simplifiée et la densité énergétique, les performances du multiplicateur et la sécurité ont été considérablement améliorées ;
En outre, l'équipe de SIAS a coopéré et échangé des idées avec Emma sur les batteries à double ion et d'autres produits et technologies, et est entrée dans la phase de conception détaillée.
Dans le cadre de la recherche sur l'électrode positive des batteries à double ion, représentée par le groupe de Yan Xingbin de l'université Sun Yat-sen, une recherche systématique a été menée sur la relation entre la microstructure des matériaux d'électrode positive à base de carbone et l'influence des propriétés de transport d'électrons et d'ions et la loi de régulation des performances.
En ce qui concerne la recherche sur les électrolytes des batteries à double ion, le groupe de Wang Hongyu de l'Institut de chimie appliquée de Changchun de l'Académie chinoise des sciences (CAS), représenté par Wang Hongyu, a rapporté pour la première fois en 2016 un système d'électrolyte cyclobutanesulfone basé sur des propriétés antioxydantes élevées.
En ce qui concerne l'amélioration de la stabilité de l'interface électrode/électrolyte des batteries à double ion, le groupe de Cui Guanglei, de l'Institut de recherche sur la bioénergie et les processus de Qingdao, de l'Académie chinoise des sciences, a utilisé pour la première fois le titanate de lithium en tant qu'électrode d'électrolyte pour les batteries à double ion, ce qui a permis d'améliorer la stabilité de l'interface. anode en graphite couche de recouvrement en surface.
Application industrielle de la batterie à double ion
En ce qui concerne l'application industrielle des batteries à double ion, le Japon est le pays qui a commercialisé le plus tôt les batteries à double ion, avec la naissance d'un certain nombre d'entreprises telles que Power Japan Plus Company en tant que représentante. Ces dernières années, la Chine a également entamé le processus d'industrialisation des batteries à double ion et est entrée dans la phase de R&D pilote et de production de masse.
L'Institut de recherche en technologies avancées de Shenzhen (SATRI) et son incubateur Shenzhen Zhongke Ruineng ont pris l'initiative de mener à bien la recherche et le développement pilotes de la batterie à double ion et de former une configuration parfaite des droits de propriété intellectuelle, et ont achevé la ligne de production pilote de la cellule et du module de la batterie à double ion.
Nous avons développé un cœur de batterie à double ion d'une capacité unique de 20 Ah et d'une densité énergétique de 160 Wh/kg, qui a passé le test d'une troisième organisation, avec un taux de rétention de capacité de 86,31 TTP3T pour 8 000 cycles à un multiplicateur de 10C, et nous avons initialement réalisé la démonstration de l'application d'un système de stockage d'énergie à double ion de 60 kWh.
Orientation du développement de la batterie double ion
À ce stade, les batteries à double ion, que ce soit du point de vue de la densité énergétique volumique ou de la densité énergétique pondérale, présentent encore un écart important par rapport aux batteries lithium-ion.
Principalement parce que la demande en électrolyte des batteries à double ion est beaucoup plus élevée que celle des batteries lithium-ion ordinaires, de sorte que l'électrolyte dans le poids de la batterie représente une grande partie de la réduction de la densité énergétique causée par l'électrolyte, tandis que la quantité d'électrolyte est trop importante, ce qui fait que le coût des batteries à double ion au stade actuel est nettement plus élevé que celui des batteries lithium-ion.
Par ailleurs, l'électrolyte, en tant que seule source de porteurs de charge actifs dans les batteries à double ion, joue un rôle crucial dans les performances de la batterie. Par conséquent, le choix d'un bon électrolyte pour assurer une conductivité ionique suffisante et une excellente stabilité électrochimique est une orientation majeure dans le développement des batteries à double ion.