Florür iyon pil - yeni nesil piller için potansiyel bir rakip

Gelişimi florür iyon pil yeni nesil bataryalar için potansiyel bir rakip olarak artan bir ilgi görmektedir. Japonya'daki Toyota ve Honda, Almanya'daki Helmholtz-Ulm Araştırma Enstitüsü, NASA Jet İtiş Laboratuvarı ve Çin'deki bazı üniversiteler gibi kurumlar ilgili araştırmalar başlatmıştır.

Florür iyon pilin araştırılması ve geliştirilmesi hala son derece erken bir aşamadadır ve uygulamaya girmek için hala birçok sorunun üstesinden gelinmesi gerekmektedir. Bununla birlikte, florür iyon pil büyük bir potansiyele sahiptir ve gelecekte ana akım pil olarak lityum iyon pilin yerini alabilir, özellikle oda sıcaklığında tamamen katı hal florür iyon pil, lityum iyon pilin yerini alabilir. lityum pil endüstrisi teknoloji olgunlaştığında.

Florür iyon pilin dört avantajı

Yeni nesil pillerin birçok yönü arasında florür iyon pili, son yıllarda bir dizi araştırma atılımı nedeniyle çok dikkat çekmiştir. Çalışma prensibi, günümüzde yaygın olarak kullanılan lityum iyon pilinkine benzer; yani florür iyonu, pozitif ve negatif elektrotlar arasında mekik dokuyarak enerji depolamak için kullanılır. Uzmanlar, florür iyon pilinin lityum iyon piline göre dört açıdan önemli avantajlara sahip olduğuna inanıyor: enerji yoğunluğu, güvenlik, hammadde temini ve maliyet.

Daha yüksek enerji yoğunluğu arayışı, şarj edilebilir pillerin araştırılması ve geliştirilmesinde önemli bir hedeftir, çünkü bu daha fazla güç depolama kapasitesi anlamına gelmektedir. Bilgiler, tamamen katı hal florür iyon pilin teorik enerji yoğunluğunun litre başına 5.000 watt-saate yakın olabileceğini göstermektedir ki bu da lityum-iyon pilin teorik sınırının sekiz katıdır.

Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi Profesörü, florür iyon pilinin elektrot malzemesi olarak bakır florür, kalsiyum florür ve diğer bileşikleri kullandığını ve elektrot aktif malzemesinin özgül kütlesinin lityum iyon pilinden birkaç kat daha fazla şarj sağlayabildiğini, bu nedenle enerji yoğunluğunun lityum iyon pilinden çok daha fazla olduğunu tanıttı.

Güvenlik açısından, lityum dendrit büyümesi lityum-iyon pillerin güvenliğini etkileyen ana nedenlerden biri iken, flor iyonlarının flor monomerlerine oksitlenmesi son derece zordur, bu da lityum dendrit büyümesi ile benzer sorunları önleyebilir. Hammadde açısından, florun kabuksal bolluğu lityumdan çok daha yüksektir ve mevcut küresel yıllık flor üretimi lityumdan yaklaşık iki kat daha fazladır. Buna ek olarak, flor madenciliğinin çok daha düşük çevresel etkisine kıyasla lityum madenciliği büyük miktarlarda su gerektirir.

Maliyet açısından, bilgiler, lityum pillerde yaygın olarak kullanılan hammadde kobaltın pahalı olduğunu gösterirken, florür iyon pilin gümüşe ek olarak, diğer anot ve katot malzemeleri daha az maliyetlidir, teorik olarak watt saat başına florür iyon pil maliyeti lityum iyon pilin sadece 20% ila 25%'sidir.

Florür iyon pil geliştirmenin üç yolu

1970'li yılların başlarında bilim insanları florür iyon pili üzerinde çalışmaya başlamış, ancak önemli bir ilerleme kaydedilememiştir. 2011 yılında Alman bilim insanları elektrolit olarak baryum lantan florür kullanarak tamamen katı florür iyon pilinin geliştirilmesine öncülük etmiş, florür iyon pili araştırma ve geliştirme çalışmaları daha fazla dikkat çekmiştir.

Şu anda, florür iyon pil geliştirmenin ana teknik yolları arasında oda sıcaklığında sıvı florür iyon pil, yüksek sıcaklıkta tamamen katı florür iyon pil ve oda sıcaklığında tamamen katı florür iyon pil bulunmaktadır. Bunlar arasında, oda sıcaklığında sıvı florür iyon pili, elektrolit olarak güvenlik ve çevresel tehlikeleri olan yanıcı ve flor içeren organik çözelti kullanırken; yüksek sıcaklıkta tamamen katı florür iyon pilinin yüksek sıcaklıkta çalışması gerekir ve yalnızca enerji depolama veya diğer belirli senaryolarda uygulanabilir.

Oda sıcaklığında tamamen katı hal florür iyon pili, üç teknoloji rotası arasında en değerli rota olarak kabul edilmektedir. Teorik olarak, oda sıcaklığında tamamen katı hal florür iyon pil, mevcut lityum-iyon pillerin tüm uygulama senaryolarında kullanılabilir ve teknoloji olgunlaştığında lityum-iyon pillerin yerini alması muhtemeldir.

Japonya florür iyon pil Ar-Ge'sine büyük önem veriyor ve son yıllarda bir dizi önemli ilerleme kaydetti. 2018 Aralık ayında, Japonya Honda Araştırma Enstitüsü, NASA Jet Propulsion Laboratory, Caltech ve diğer kurumlar Amerikan Science dergisinde bir makale yayınlamak için işbirliği yaptı ve ekibin ilk kez oda sıcaklığında tersine çevrilebilir şekilde şarj edilebilen ve boşaltılabilen sıvı elektrolitli bir florür iyon pil hazırladığını söyledi. oda sıcaklığında iyon pil.

2020 yılında Kyoto Üniversitesi ve Toyota tamamen katı hal florür iyon pil prototipinin başarısını duyurmuş ve Japon medyası o dönemde florür iyon pilin aynı boyut veya ağırlıktaki lityum iyon pilden daha uzun bir menzil sağlayabileceğini ve tek bir şarjla 1.000 kilometrelik bir elektrikli araç menzilinin gelecekte ulaşılabilir olacağını bildirmiştir.

Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nde Profesör Ma Cheng'in grubu, oda sıcaklığında tamamen katı hal florür iyon pil araştırması yapmaktadır. Grup, Kasım 2021'de Alman "Smole" dergisinde, uluslararası arenada ilk kez oda sıcaklığında tamamen katı hal florür iyon pilin istikrarlı uzun döngüsünü sağlayan yeni bir florür iyon katı hal elektrolitinin tasarımını ve sentezini duyuran bir makale yayınladı. 25 santigrat derecede 4581 saatlik sürekli şarj ve deşarjdan sonra, pil kapasitesinde önemli bir bozulma meydana gelmedi. Daha önce, literatürde bildirilen oda sıcaklığında tamamen katı hal florür iyon pilin şarj/deşarj döngü sayısı 20'yi geçmiyordu ve bu genellikle ulaşılamaz bir teknik yol olarak kabul ediliyordu.

Florürlü iyon pil geliştirme beklentileri ve zorlukları

Elektrikli otomobillerin tek bir şarjla 1000 km'den fazla dayanmasını sağlamak için lityum iyon piller de mümkündür, ancak büyük kamyonları, gemileri, uçakları ve diğer yüksek güçlü araçları piller aracılığıyla tatmin edici bir menzile ulaştırmak istiyorsanız, lityum iyon pillerden çok daha yüksek enerji yoğunluğuna sahip enerji depolama teknolojisi bulmanız gerekir ve florür iyon pil bu tür bir teknoloji için umut verici bir yöndür.

Florür iyon pilinin geliştirilmesi hala son derece erken bir aşamadadır. Araştırmacılar hala uygun malzeme sistemleri aramaktadır ve pratik ve ticari değerlere sahip sistemler henüz ortaya çıkmamıştır. florür iyon pili, araştırmacıların henüz yeterli mükemmel döngü performansına sahip katot ve anot malzemeleri ve hem ticari değeri hem de mükemmel performansı olan elektrolitler bulamamaları da dahil olmak üzere temel araştırma aşamasında hala birçok zorlukla karşı karşıyadır.

Florür iyon pil teknolojisinin mümkün olan en kısa sürede uygulama değerini göstermesi için, temel araştırmalara yapılan yatırımın artırılması ve elektrot malzemeleri ve elektrolit malzemeleri gibi temel araştırmalarla ilgili bir dizi sorunun çözülmesi gerekmektedir.