Status penelitian dan arah pengembangan baterai ion ganda
Dengan pesatnya perkembangan kendaraan listrik, baterai lithium-ion terus bermunculan di kendaraan roda empat listrik, sepeda listrik roda dua dan roda tiga listrikNamun, di pasar di bawah demam tinggi, krisis juga diam-diam muncul, jangkauan kendaraan listrik terus meningkat, kepadatan energi baterai daya, biaya persyaratan secara bertahap meningkat.
Kepadatan energi baterai lithium-ion yang ada saat ini sudah mendekati batas teoritis, dan harga lithium, kobalt dan nikel serta harga bahan baku lainnya terhadap biaya baterai lithium-ion memberikan banyak tekanan. Untuk mengatasi krisis ini, tata letak teknologi dan produk baru adalah satu-satunya pilihan.
Di bawah upaya bersama antara akademisi dan industri, banyak teknologi baru yang ingin dicoba; seperti baterai solid-state, baterai lithium-air dan sebagainya. The baterai ion ganda telah berkembang pesat dalam beberapa tahun terakhir, dan kekuatannya tidak boleh diremehkan. Artikel ini akan membawa Anda untuk memahami baterai ion ganda, serta situasi penelitian dan arah pengembangannya, dll.
Daftar Isi
Apa itu baterai ion ganda
Dual Ion Battery (DIB) telah menarik banyak perhatian sebagai jenis baru perangkat penyimpanan energi yang hemat biaya, bertegangan tinggi, dan ramah lingkungan. baterai ion ganda memiliki mekanisme penyimpanan energi redoks sinergis anion dan kation sinergis, yang dapat memperoleh daya dan kepadatan energi yang tinggi pada saat yang sama, dan memiliki keuntungan ganda yaitu keamanan dan biaya dibandingkan baterai lithium ion.
Dibandingkan dengan baterai lithium-ion, baterai ini memiliki keunggulan ganda dalam hal keamanan dan biaya, dan telah diakui oleh International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) sebagai salah satu dari "Top 10 Emerging Technologies" pada tahun 2020.
Konsep baterai ion ganda dikembangkan dari baterai karbon ganda (DCB) atau baterai grafit ganda (DGB) dan berasal dari studi tentang senyawa interlayer grafit (GIC). Dalam sistem baterai ion ganda, tidak ada satu ion pun yang terlibat dalam reaksi elektrokimia.
Sejalan dengan itu, dalam baterai lithium ion, hanya satu ion, Li +, yang diangkut antara positif dan anoda, dan anion di elektrolit baterai lithium ion tidak terlibat dalam reaksi. Dalam baterai ion ganda, tidak hanya kation yang dapat disematkan, tetapi juga anion dalam elektrolit dapat disematkan, oleh karena itu dinamakan baterai ion ganda.
Fitur material baterai ion ganda
Sebagian besar penelitian awal tentang baterai ion ganda didasarkan pada sistem baterai grafit-grafit, di mana grafit digunakan sebagai bahan katoda dan anoda baterai.
Dalam hal bahan katoda, katoda baterai ion ganda umumnya mengadopsi bahan berbasis karbon berbasis grafit untuk mewujudkan pengisian dan pengosongan baterai melalui proses penyisipan / de-embedding anion. Grafit sebagai bahan penyimpan energi yang baik, karbon keras, karbon lunak sebagai bahan penyimpan energi yang murah dan efektif telah digunakan dalam baterai lithium-ion, baterai ion natrium dan bidang lainnya, industrialisasi di garis depan.
Dari segi elektrolit, elektrolit baterai ion ganda, selain bertindak sebagai media pengangkut ion, juga merupakan sumber ion aktif dalam proses pengisian dan pengosongan, dan oleh karena itu memiliki dampak penting pada kinerja elektrokimia seperti kapasitas baterai, siklus hidup, kepadatan energi, dll.
Konsentrasi elektrolit akan mempengaruhi perilaku penyimpanan anion, elektrolit konsentrasi tinggi dapat mengurangi potensi embedding onset anion tetapi kinetikanya relatif lambat, elektrolit konsentrasi rendah bermanfaat untuk kinetika transpor anion tetapi kapasitas spesifiknya relatif rendah.
Oleh karena itu, para peneliti tidak hanya perlu melakukan studi sistematis untuk perilaku penyimpanan anion yang tertanam dalam elektrolit di antara lapisan katoda grafit, tetapi juga perlu mempertimbangkan kompatibilitas elektrolit dengan kation yang tertanam dalam bahan anoda; Dengan demikian, sistem elektrolit yang cocok untuk penyimpanan energi anoda dan anoda dibangun.
Dalam hal bahan anoda, bahan anoda baterai ion ganda yang umum digunakan terutama mencakup bahan berbasis karbon, oksida/sulfida logam transisi, bahan anoda organik, dan bahan anoda paduan. Terutama, anoda paduan, dengan keunggulan kapasitas spesifik yang tinggi dan titik reaksi yang moderat, secara perlahan mulai dikenal orang dan mendapat perhatian dari industri.
Anoda paduan berfungsi melalui reaksi paduan elektrokimia antara anoda elemen paduan dan kation logam dalam elektrolit. Bahan anoda paduan ini cenderung memiliki kapasitas penyimpanan yang sangat baik untuk kation logam (misalnya, AlLi) dan konduktivitas listrik yang sangat baik (misalnya, Al).
Namun, perubahan volume yang drastis dari anoda paduan selama pengisian dan pengosongan, dan kinerja multiplisitas yang buruk serta stabilitas siklus telah secara serius menghambat aplikasi praktisnya, dan terobosan diperlukan di bidang akademis dan industri.
Status terkini dari penelitian baterai ion ganda
China juga telah melakukan banyak penelitian di bidang utama baterai ion ganda. Misalnya, dalam penelitian anoda baterai ion ganda, yang diwakili oleh Institut Teknologi Canggih Shenzhen, untuk pertama kalinya mengedepankan paduan kation dan penyisipan anion mekanisme baru penyimpanan energi redoks sinergis penyimpanan energi baru, menyelesaikan konstruksi sistem baterai ion ganda aluminium-grafit baru, dan menyederhanakan struktur baterai, secara signifikan meningkatkan kepadatan energi, kinerja pengganda, dan keamanan;
Selain itu, tim dari SIAS telah bekerja sama dan bertukar ide dengan Emma tentang baterai ion ganda dan produk serta teknologi lainnya, dan telah memasuki tahap desain terperinci.
Dalam penelitian elektroda positif baterai ion ganda, yang diwakili oleh kelompok Yan Xingbin di Universitas Sun Yat-sen, telah dilakukan penelitian sistematis tentang hubungan antara struktur mikro bahan elektroda positif berbasis karbon dengan pengaruh sifat transpor elektron/ion dan hukum regulasi kinerja.
Dalam hal penelitian elektrolit baterai ion ganda, kelompok Wang Hongyu di Institut Kimia Terapan Changchun, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok (CAS), yang diwakili oleh Wang Hongyu, melaporkan untuk pertama kalinya pada tahun 2016 sebuah sistem elektrolit siklobutanesulfon berdasarkan sifat antioksidan yang tinggi.
Dalam hal peningkatan stabilitas antarmuka elektroda/elektrolit baterai ion ganda, kelompok Cui Guanglei di Institut Penelitian Bioenergi dan Proses Qingdao, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, untuk pertama kalinya menggunakan litium titanat sebagai anoda grafit lapisan penutup permukaan.
Aplikasi industri baterai ion ganda
Dalam aplikasi industrialisasi baterai ion ganda, Jepang sebagai negara yang paling awal melakukan komersialisasi baterai ion ganda, dengan lahirnya sejumlah perusahaan seperti Power Japan Plus Company sebagai perwakilan. Dalam beberapa tahun terakhir, China juga telah memulai proses industrialisasi baterai ion ganda, dan telah memasuki tahap uji coba R&D dan produksi massal.
Shenzhen Advanced Technology Research Institute (SATRI) dan inkubatornya Shenzhen Zhongke Ruineng memimpin dalam melaksanakan penelitian percontohan dan pengembangan baterai ion ganda dan membentuk tata letak yang sempurna untuk hak kekayaan intelektual, dan menyelesaikan jalur produksi percontohan sel baterai dan modul baterai ion ganda.
Kami telah mengembangkan inti baterai ion ganda dengan kapasitas tunggal 20Ah dan kepadatan energi 160Wh/kg, yang telah lulus uji organisasi ketiga, dengan tingkat retensi kapasitas 86,3% untuk 8.000 siklus pada pengali 10C, dan pada awalnya merealisasikan demonstrasi penerapan sistem penyimpanan energi baterai ion ganda 60kWh.
Arah pengembangan baterai ion ganda
Pada tahap ini, baterai ion ganda baik dari sudut pandang kepadatan energi volume, atau kepadatan energi berat, masih ada kesenjangan besar dari baterai lithium-ion.
Terutama karena baterai ion ganda pada permintaan elektrolit jauh lebih tinggi daripada baterai lithium-ion biasa, sehingga elektrolit dalam berat baterai menyumbang sebagian besar pengurangan kepadatan energi yang disebabkan oleh elektrolit, sementara jumlah elektrolit yang terlalu besar juga menyebabkan baterai ion ganda pada tahap saat ini biayanya jauh lebih tinggi daripada baterai lithium-ion.
Sementara itu, elektrolit, sebagai satu-satunya sumber pembawa muatan aktif dalam baterai ion ganda, memainkan peran penting dalam kinerja baterai. Oleh karena itu, memilih elektrolit yang baik untuk memastikan konduktivitas ionik yang memadai dan stabilitas elektrokimia yang sangat baik adalah arah utama dalam pengembangan baterai ion ganda.
Beruntung
Hai, saya Lucky, lulus dari universitas terkenal di China, sekarang terutama terlibat dalam pengeditan artikel tentang baterai sepeda motor lithium, dan stasiun penukaran baterai, saya berkomitmen untuk menawarkan layanan dan solusi tentang stasiun penukaran baterai untuk berbagai industri.
Status penelitian dan arah pengembangan baterai ion ganda
Dengan pesatnya perkembangan kendaraan listrik, baterai lithium-ion terus bermunculan di kendaraan roda empat listrik, sepeda listrik roda dua dan roda tiga listrikNamun, di pasar di bawah demam tinggi, krisis juga diam-diam muncul, jangkauan kendaraan listrik terus meningkat, kepadatan energi baterai daya, biaya persyaratan secara bertahap meningkat.
Kepadatan energi baterai lithium-ion yang ada saat ini sudah mendekati batas teoritis, dan harga lithium, kobalt dan nikel serta harga bahan baku lainnya terhadap biaya baterai lithium-ion memberikan banyak tekanan. Untuk mengatasi krisis ini, tata letak teknologi dan produk baru adalah satu-satunya pilihan.
Di bawah upaya bersama antara akademisi dan industri, banyak teknologi baru yang ingin dicoba; seperti baterai solid-state, baterai lithium-air dan sebagainya. The baterai ion ganda telah berkembang pesat dalam beberapa tahun terakhir, dan kekuatannya tidak boleh diremehkan. Artikel ini akan membawa Anda untuk memahami baterai ion ganda, serta situasi penelitian dan arah pengembangannya, dll.
Apa itu baterai ion ganda
Dual Ion Battery (DIB) telah menarik banyak perhatian sebagai jenis baru perangkat penyimpanan energi yang hemat biaya, bertegangan tinggi, dan ramah lingkungan. baterai ion ganda memiliki mekanisme penyimpanan energi redoks sinergis anion dan kation sinergis, yang dapat memperoleh daya dan kepadatan energi yang tinggi pada saat yang sama, dan memiliki keuntungan ganda yaitu keamanan dan biaya dibandingkan baterai lithium ion.
Dibandingkan dengan baterai lithium-ion, baterai ini memiliki keunggulan ganda dalam hal keamanan dan biaya, dan telah diakui oleh International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) sebagai salah satu dari "Top 10 Emerging Technologies" pada tahun 2020.
Konsep baterai ion ganda dikembangkan dari baterai karbon ganda (DCB) atau baterai grafit ganda (DGB) dan berasal dari studi tentang senyawa interlayer grafit (GIC). Dalam sistem baterai ion ganda, tidak ada satu ion pun yang terlibat dalam reaksi elektrokimia.
Sejalan dengan itu, dalam baterai lithium ion, hanya satu ion, Li +, yang diangkut antara positif dan anoda, dan anion di elektrolit baterai lithium ion tidak terlibat dalam reaksi. Dalam baterai ion ganda, tidak hanya kation yang dapat disematkan, tetapi juga anion dalam elektrolit dapat disematkan, oleh karena itu dinamakan baterai ion ganda.
Fitur material baterai ion ganda
Sebagian besar penelitian awal tentang baterai ion ganda didasarkan pada sistem baterai grafit-grafit, di mana grafit digunakan sebagai bahan katoda dan anoda baterai.
Dalam hal bahan katoda, katoda baterai ion ganda umumnya mengadopsi bahan berbasis karbon berbasis grafit untuk mewujudkan pengisian dan pengosongan baterai melalui proses penyisipan / de-embedding anion. Grafit sebagai bahan penyimpan energi yang baik, karbon keras, karbon lunak sebagai bahan penyimpan energi yang murah dan efektif telah digunakan dalam baterai lithium-ion, baterai ion natrium dan bidang lainnya, industrialisasi di garis depan.
Dari segi elektrolit, elektrolit baterai ion ganda, selain bertindak sebagai media pengangkut ion, juga merupakan sumber ion aktif dalam proses pengisian dan pengosongan, dan oleh karena itu memiliki dampak penting pada kinerja elektrokimia seperti kapasitas baterai, siklus hidup, kepadatan energi, dll.
Konsentrasi elektrolit akan mempengaruhi perilaku penyimpanan anion, elektrolit konsentrasi tinggi dapat mengurangi potensi embedding onset anion tetapi kinetikanya relatif lambat, elektrolit konsentrasi rendah bermanfaat untuk kinetika transpor anion tetapi kapasitas spesifiknya relatif rendah.
Oleh karena itu, para peneliti tidak hanya perlu melakukan studi sistematis untuk perilaku penyimpanan anion yang tertanam dalam elektrolit di antara lapisan katoda grafit, tetapi juga perlu mempertimbangkan kompatibilitas elektrolit dengan kation yang tertanam dalam bahan anoda; Dengan demikian, sistem elektrolit yang cocok untuk penyimpanan energi anoda dan anoda dibangun.
Dalam hal bahan anoda, bahan anoda baterai ion ganda yang umum digunakan terutama mencakup bahan berbasis karbon, oksida/sulfida logam transisi, bahan anoda organik, dan bahan anoda paduan. Terutama, anoda paduan, dengan keunggulan kapasitas spesifik yang tinggi dan titik reaksi yang moderat, secara perlahan mulai dikenal orang dan mendapat perhatian dari industri.
Anoda paduan berfungsi melalui reaksi paduan elektrokimia antara anoda elemen paduan dan kation logam dalam elektrolit. Bahan anoda paduan ini cenderung memiliki kapasitas penyimpanan yang sangat baik untuk kation logam (misalnya, AlLi) dan konduktivitas listrik yang sangat baik (misalnya, Al).
Namun, perubahan volume yang drastis dari anoda paduan selama pengisian dan pengosongan, dan kinerja multiplisitas yang buruk serta stabilitas siklus telah secara serius menghambat aplikasi praktisnya, dan terobosan diperlukan di bidang akademis dan industri.
Status terkini dari penelitian baterai ion ganda
China juga telah melakukan banyak penelitian di bidang utama baterai ion ganda. Misalnya, dalam penelitian anoda baterai ion ganda, yang diwakili oleh Institut Teknologi Canggih Shenzhen, untuk pertama kalinya mengedepankan paduan kation dan penyisipan anion mekanisme baru penyimpanan energi redoks sinergis penyimpanan energi baru, menyelesaikan konstruksi sistem baterai ion ganda aluminium-grafit baru, dan menyederhanakan struktur baterai, secara signifikan meningkatkan kepadatan energi, kinerja pengganda, dan keamanan;
Selain itu, tim dari SIAS telah bekerja sama dan bertukar ide dengan Emma tentang baterai ion ganda dan produk serta teknologi lainnya, dan telah memasuki tahap desain terperinci.
Dalam penelitian elektroda positif baterai ion ganda, yang diwakili oleh kelompok Yan Xingbin di Universitas Sun Yat-sen, telah dilakukan penelitian sistematis tentang hubungan antara struktur mikro bahan elektroda positif berbasis karbon dengan pengaruh sifat transpor elektron/ion dan hukum regulasi kinerja.
Dalam hal penelitian elektrolit baterai ion ganda, kelompok Wang Hongyu di Institut Kimia Terapan Changchun, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok (CAS), yang diwakili oleh Wang Hongyu, melaporkan untuk pertama kalinya pada tahun 2016 sebuah sistem elektrolit siklobutanesulfon berdasarkan sifat antioksidan yang tinggi.
Dalam hal peningkatan stabilitas antarmuka elektroda/elektrolit baterai ion ganda, kelompok Cui Guanglei di Institut Penelitian Bioenergi dan Proses Qingdao, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, untuk pertama kalinya menggunakan litium titanat sebagai anoda grafit lapisan penutup permukaan.
Aplikasi industri baterai ion ganda
Dalam aplikasi industrialisasi baterai ion ganda, Jepang sebagai negara yang paling awal melakukan komersialisasi baterai ion ganda, dengan lahirnya sejumlah perusahaan seperti Power Japan Plus Company sebagai perwakilan. Dalam beberapa tahun terakhir, China juga telah memulai proses industrialisasi baterai ion ganda, dan telah memasuki tahap uji coba R&D dan produksi massal.
Shenzhen Advanced Technology Research Institute (SATRI) dan inkubatornya Shenzhen Zhongke Ruineng memimpin dalam melaksanakan penelitian percontohan dan pengembangan baterai ion ganda dan membentuk tata letak yang sempurna untuk hak kekayaan intelektual, dan menyelesaikan jalur produksi percontohan sel baterai dan modul baterai ion ganda.
Kami telah mengembangkan inti baterai ion ganda dengan kapasitas tunggal 20Ah dan kepadatan energi 160Wh/kg, yang telah lulus uji organisasi ketiga, dengan tingkat retensi kapasitas 86,3% untuk 8.000 siklus pada pengali 10C, dan pada awalnya merealisasikan demonstrasi penerapan sistem penyimpanan energi baterai ion ganda 60kWh.
Arah pengembangan baterai ion ganda
Pada tahap ini, baterai ion ganda baik dari sudut pandang kepadatan energi volume, atau kepadatan energi berat, masih ada kesenjangan besar dari baterai lithium-ion.
Terutama karena baterai ion ganda pada permintaan elektrolit jauh lebih tinggi daripada baterai lithium-ion biasa, sehingga elektrolit dalam berat baterai menyumbang sebagian besar pengurangan kepadatan energi yang disebabkan oleh elektrolit, sementara jumlah elektrolit yang terlalu besar juga menyebabkan baterai ion ganda pada tahap saat ini biayanya jauh lebih tinggi daripada baterai lithium-ion.
Sementara itu, elektrolit, sebagai satu-satunya sumber pembawa muatan aktif dalam baterai ion ganda, memainkan peran penting dalam kinerja baterai. Oleh karena itu, memilih elektrolit yang baik untuk memastikan konduktivitas ionik yang memadai dan stabilitas elektrokimia yang sangat baik adalah arah utama dalam pengembangan baterai ion ganda.