Wat is de ontwikkelingsrichting van lithiumbatterijen?

Invoering
Lithium-ionbatterijen behoren tegenwoordig tot de meest gebruikte energieopslagsystemen. Ze voeden een breed scala aan apparaten, van smartphones en laptops tot elektrische voertuigen (EV's) enraster opslag systemenLithium-ionbatterijen hebben een hoge energiedichtheid, een lange levensduur en een lage zelfontlading, waardoor ze een aantrekkelijke keuze zijn voor energieopslag. Ze hebben echter ook enkele beperkingen, zoals hoge kosten

Ontwikkeling

1: Hoge energie-D
Om deze problemen aan te pakken, ontwikkelen onderzoekers nieuwe kathodematerialen die een hogere energiedichtheid, een langere levensduur en lagere kosten bieden. Een veelbelovende kandidaat is lithium-rijk gelaagd oxide (LLO), dat tot 50 procent hogere energiedichtheid kan leveren dan NMC-kathodes. LLO heeft ook een langere levensduur en lagere kosten, omdat er goedkopere en meer overvloedige materialen worden gebruikt. Andere veelbelovende kathodematerialen zijn onder meer nikkelrijke NMC (NMC811), die een hogere capaciteit kan bieden dan conventionele NMC-kathodes, en lithiumijzerfosfaat (LFP), dat een uitstekende veiligheid en levensduur heeft maar een lagere energiedichtheid.

2: Siliciumanodes
Het anodemateriaal is een ander cruciaal onderdeel van een lithium-ionbatterij en de prestaties ervan hebben rechtstreeks invloed op de energiedichtheid en de levensduur van de batterij. Momenteel gebruiken de meeste commerciële lithium-ionbatterijen grafiet als anodemateriaal, dat een theoretische capaciteit heeft van 372 mAh/g. Silicium heeft echter een veel hogere theoretische capaciteit van 4.200 mAh/g, wat de energiedichtheid van lithium-ionbatterijen aanzienlijk zou kunnen verhogen.

De uitdaging bij het gebruik van silicium als anodemateriaal is dat het tijdens het fietsen een grote volumeverandering ondergaat, wat mechanische storingen kan veroorzaken en de levensduur van de batterij kan verkorten. Om dit probleem aan te pakken, ontwikkelen onderzoekers verschillende strategieën, zoals engineering op nanoschaal, oppervlaktecoatings en bindmiddelen, om de volumeverandering te verminderen en de stabiliteit van siliciumanodes te verbeteren.

3: Elektrolyten in vaste toestand
De elektrolyt is het geleidende medium dat ervoor zorgt dat lithiumionen tussen de kathode en de anode kunnen pendelen tijdens het opladen en ontladen. Momenteel gebruiken de meeste commerciële lithium-ionbatterijen vloeibare elektrolyten, die ontvlambaar zijn en veiligheidsrisico's opleveren. Vaste-stofelektrolyten bieden verschillende voordelen ten opzichte van vloeibare elektrolyten, zoals een hogere veiligheid, een langere levensduur en een breder bedrijfstemperatuurbereik.

Elektrolyten in vaste toestand maken ook het gebruik van anodes van lithiummetaal mogelijk, die een veel hogere theoretische capaciteit hebben dan anodes van grafiet. Elektrolyten in vaste toestand staan ​​echter voor verschillende uitdagingen, zoals lage ionische geleidbaarheid, slechte grensvlakcompatibiliteit met elektrodematerialen en hoge fabricagekosten. Om deze uitdagingen het hoofd te bieden, ontwikkelen onderzoekers verschillende soorten elektrolyten in vaste toestand, zoals keramische, polymeer- en composietelektrolyten, en onderzoeken ze nieuwe verwerkingstechnieken om hun prestaties te verbeteren en hun kosten te verlagen.

4: Recycling en Second Life-toepassingen
De toenemende vraag naar lithium-ionbatterijen heeft geleid tot bezorgdheid over hun milieu-impact en uitputting van hulpbronnen. Om deze problemen aan te pakken, onderzoeken onderzoekers verschillende benaderingen voor het recyclen en hergebruiken van gebruikte batterijen. Door recycling kunnen waardevolle metalen worden teruggewonnen, zoals lithium, kobalt en nikkel