為什麼電池技術相對其它技術的發展緩慢,電能密度一直提公升不大?

時間 2022-01-22 01:44:17

1樓:

與負極材料活躍的動態不同,正極材料的開發情況頗令人擔憂。目前,提高正極容量的方法只有一種,就是以通常正極採用的4.2V的電壓為基準,在較高的電壓(4.

4~4.5V)下使用三元系合金(例如LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2),但增加幅度最多只能達到10%左右。

矽和錫使負極達到1000mAh·g-1後,如果開發不出容量相當的正極,使用通常的正極材料,正極的厚度將增加到現在的3倍。加厚活性物質層不利於提高負荷特性等性質,很難應用於純電動汽車用等需要大電流放電的用途。

大容量正極材料的候選有Li2MnO3(包括與其他層狀化合物的固溶體)、矽酸鹽系(LiMSiO4、M=Fe、Mn等)、硫(S)系等,成功使容量達到300mAh·g-1以上的訊息雖然也時有聽說。但仔細研究其內容就會發現,大多都有貓膩。例如,使用某種材料的放電曲線的特性乍看上去似乎超過了300mAh·g-1,容量達到了鈷正極等的2倍以上(圖5),而實際上,這段放電曲線的區間是1.

5~2.0V的低電壓,如果把範圍擴大到通常使用的3.0V,容量將低於200mAh·g-1,與通常的正極相差並不多

號稱超過300mAh·g-1的正極大多是1.5~2.0V低壓下的放電結果。必須認真查驗發表的內容。

以低電壓恆功率放電時,電流值將會驟增,這是電池並不希望出現的現象(電流I與電阻R的乘積驟減,IR壓降增大,壓降越來越大)。

2樓:含辛

題主的問題本身就不是很妥當。

其他技術是哪些技術?事實上除了資訊科技以外,絕大部分領域的科技發展速度都和電池領域的技術差不多。

而資訊科技之所以給人的直觀印象發展如此迅速,一方面是軟體技術的發展不依託於具體材料(依託於具體材料的技術發展速度都不會很快),另一方面晶元製造一直處於新技術挖潛的高峰期(但這一階段也即將過去,在沒有全新的製造技術出來前,晶元效能的提公升速度會越來越慢)。

3樓:

利益相關:鋰離子電池正極材料機理研究

我比較支援@ces李的答案,這裡稍微在他的基礎上做乙個展開,我會用非常非常簡單的描述以免每次大家看都覺得煩。

首先,前提是對於乙個電化學系統(包括電池在內),電能密度=比容量×電壓

那麼,你要提高電能密度可以通過①提高比容量②提高放電平台電壓。

對於提高比容量:

對於鋰離子電池來說,決定容量級別的是正極材料。道理很簡單,高中反應動力學中有乙個經驗解釋:多步化學反應的速率取決於速度最慢的那一步。

正極材料的比容量較負極材料低得多,因此成為拖後腿的那個因素。

這張是Tarascon在2023年時整理的電極材料容量與対鋰電壓的分布,當時並沒有考慮鋰空氣電池和鋰硫電池。

理論容量的計算跟鋰離子脫嵌的mol數相關,一般Q(理論)=nF/(3.6×Mr),n是鋰離子脫嵌的摩爾數,F是法拉第常數,Mr是這種材料的摩爾質量。大部分材料的n=1,當然最好的是n越大越好但是由於限制在電化學環境中,一般的鋰離子正極材料中鋰不可能完全脫出。

在畫紅框內的正極材料中,目前做得最好的就是富鋰層狀錳基材料,因為它這種材料是一種固溶體,所以脫出的鋰離子mol數大於1,所以容量高。

富鋰材料的比容量可以達到300mAh/g以上,但是電壓平台偏低,那麼根據最開始的那個電能密度公式,實際上它的電能密度高不到哪去,而且它會帶來電壓衰減,這個會導致一些應用上的難題:

對於提高放電平台電壓

除去尖晶石錳酸鋰這種本身具有較高的平台的材料。提高電位平台,必須先提高材料充電的截止電壓,這就會帶來個問題:電解液承受不了,給材料表面帶去副反應,本身發生分解。

綜上所述,由於現在正極材料問題,導致了電池暫時突破不了電能的瓶頸,所以很多學者轉而去研究一些高能體系,比如鋰空氣電池和鋰硫電池,還有鈉離子電池和鋁離子電池,對於這些比較火熱的電池開發的原因,主要也是為了繞開鋰離子電池正極這塊心病。

有空再把坑填滿。希望對題主有幫助。

4樓:Belleve

電池是化學工業

化學研究 == 向下水道扔錢

5樓:李小賤

材料本身的問題 ,扯著蛋了~~

6樓:七葉

不多賺點錢是捨不得推出新技術的,被雪藏的技術肯比現在高很多。再說民用領域沒必要用多麼先進的技術,多用於科研和軍用之類的領域。所以就造成了其發展慢的感覺。

(個人之見)

7樓:

其實這幾年鋰離子電池的能量密度乙隻在提高,但是一般都在百分之幾的數量級,一般人不了解而已。電池關乎安全,就像藥品一樣,新的高容的材料不經過一段時間的測試,怎麼敢隨便推廣使用。

8樓:

有一天我做夢,夢到有一種物質:液態儲存電能,某種狀態激發下變成固態並且在該激發的作用下定向釋放電子(產生電能),充電式進入富電子狀態,固態緩慢變成液態。然後我醒了,還回帖。

9樓:ces李

浩子先生回答的微微靠譜,剩下的回答基本都是扯淡。現在鋰離子電池的短板主要正極材料,因為負極材料目前做的已經比較好,鈦酸鋰,錳酸鋰都各有優點。最近看好矽碳負極有重大突破,理論容量比商用石墨負極高十倍以上。

現在日本南韓都有這方面產業化的專案。事實上鋰離子電池技術發展緩慢和美國關係很大。美國之前一直不看好鋰電的發展,直到近十年他們的生物乙醇屢遭鄙視才開始大力發展。

然後科普一下鋰電池安全性和能量密度關係不大,主要是枝晶裡或者產氣(如果負極是鈦酸鋰)方面的問題,所以不要瞎想大家怕危險不提高能量密度,真心是之前沒有更好的電極材料。

10樓:Bluemouth

電池單位體積下的容量已經到極限了,現在貌似主攻充電速度和燃料電池。前一陣新聞裡講的電容電池不知道有什麼進展,號稱秒充。

11樓:袁澤軍

鋰電池主要是充放電技術比較落後吧,想要有鋼鐵俠那樣的能源電池,也許需要托尼斯塔克那樣的天才吧。。。

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