您现在的位置是:首页 > 新能源新能源

固态电池比锂电池好在哪里?固态电池和锂电池哪个安全

新新2021-08-16 11:34:17新能源13人已围观

简介高能量密度、长循环寿命、耐用性和安全性是当今电池制造商关注的主要问题。尽管从便携式电子产品到电动汽车,传统的锂离子液体电解质电池在整个行业中都占据着市场主导地位,但是安全性,昂贵的密封剂以及由液体电解质引起的灾难性故障模式等问题表明,该技术具有很大的改进空间。用固体代替液体电解质可能是电池行业一直在寻找的解决方案。什么是固态电池固态电池是放弃了用于固态电池的常规液体电解质的电池,也就是说,电池完全由固态成分组成。与常规电池一样,它们由阴

高能量密度、长循环寿命、耐用性和安全性是当今电池制造商关注的主要问题。尽管从便携式电子产品到电动汽车,传统的锂离子液体电解质电池在整个行业中都占据着市场主导地位,但是安全性,昂贵的密封剂以及由液体电解质引起的灾难性故障模式等问题表明,该技术具有很大的改进空间。用固体代替液体电解质可能是电池行业一直在寻找的解决方案。

固态电池比锂电池好在哪里?固态电池和锂电池哪个安全

固态电池比锂电池好在哪里?固态电池和锂电池哪个安全

固态电池比锂电池好在哪里?固态电池和锂电池哪个安全

固态电池比锂电池好在哪里?固态电池和锂电池哪个安全

什么是固态电池固态电池是放弃了用于固态电池的常规液体电解质的电池,也就是说,电池完全由固态成分组成。与常规电池一样,它们由阴极、阳极和电解质组成。主要区别在于离子通过一个固体电解质膜从一个电极传播到另一个电极的机制。

固态电池比锂电池好在哪里?固态电池和锂电池哪个安全

固态电池是下一代牵引电池的新兴趋势,因为它们以低成本提供高性能和安全性。另外,与液体电解质电池相比,它们具有低易燃性,较高的电化学稳定性,较高的阴极电位和较高的能量密度。

固态电解质的类型。固态电池有八种不同的主要类别,每种类别使用不同的电解质材料。它们是卤化锂、钙钛矿、氢化锂、石榴石、菱镁矿、锂磷氧氮和类似锂磷氧氮的锂。由于我们仍在与新兴技术打交道,因此研究人员仍在设法将最佳类型的固态电解质用于不同的产品类别。尚无人能作为领导者,但基于硫化物的锂磷氧氮和石榴石电池目前被认为是最有前途的。

值得注意的是这些类型中的许多在某些方面仍基于锂(Li),因为它们仍在使用锂电极。但是许多人选择新的阳极和阴极电极材料来提高性能。

更大更笨重的电池。到目前为止,固态电池还不适用于智能手机和平板电脑中,更不用说笔记本电脑或电动汽车了。对于容量更大的大容量固态电池,要求具有接近或匹配液体电解质的优异电导率,这排除了其他有希望的技术。离子传导测量离子在材料中移动的能力,良好的传导是大型电池的要求,以确保所需的电流。

锂离子电池和固态电池之间的主要区别在于,锂离子电池使用液态电解液,而固态电池则使用固态电解质。

固态电池如何工作无论化学如何,固态电池都使用氧化还原反应来存储和传递能量。氧化发生在阳极,还原发生在阴极,电池能够利用此现象存储能量(电荷)并根据需要释放能量(放电)。在放电过程中,离子会通过离子导电的固体基质,而不是典型的液体电解质中的离子盐饱和溶剂状态。

固态电解质固态电解质是固体的快速离子导体,它可使离子在整个固体晶体基质中自由移动。快速离子导体最好被认为是介于具有固定离子规则结构的结晶固体与具有自由流动离子的无结构液体电解质之间的材料。固体电解质通常以具有新颖内部结构的凝胶,玻璃和晶体形式出现。在固态电池中,固体电解质必须满足高离子电导率,低内电阻和高电子电阻的要求。离子电导率越高,功率密度越好,电池的内阻越低。固体电解质与电子的绝缘性越好,自放电率越低,电荷保持率越高。固体电解质的选择取决于电池的化学性质以及可用于传导的离子。在锂离子固态电池的情况下,像LiI/Al2O3这样的固体电解质是出色的Li 导体。

固态电池和锂离子电池有什么区别?常用锂离子电池和固态电池之间的主要区别在于,前者使用液体电解质溶液来调节电流,而固态电池则选择固态电解质。电池的电解质是一种导电的化学混合物,可以使电流在阳极和阴极之间流动。

固态电池的工作方式仍与当前电池相同,但是材料的变化会改变电池的某些属性,包括最大存储容量、充电时间、尺寸和安全性。

了解固态电池为何如此令人兴奋的最佳方法是研究当今市场上锂离子电池中液体电解质引起的问题。锂离子电池中的大部分体积归因于隔板系统和应对锂电池灾难性故障模式所需的安全预防措施。科学家们希望该技术能够解决的一些更为紧迫的问题。

无电解液泄漏。固态电池最明显的优势是避免了电解液泄漏(回想一下那些处理旧玩具中遗留的5号电池漏液带来的麻烦)。为了发挥作用,电池需要一种介质,在放电和充电过程中离子可以通过该介质传输。如果电池由于暴露而变干,电池破裂将无法继续工作。在较高速率的应用中,电解液泄漏可能是毁灭性的,造成火灾隐患,为短路和其他问题提供了途径。本质上,使用固体电解质可以避免这种故障模式。固态电池可以通过消除对高级密封剂的需求,对电解质加压以及包括阻燃故障保护装置来帮助制造商。

无热失控。在电池中,热失控反应是一系列级联的放热反应,当电池迅速释放其存储的能量时,温度升高会加速放热反应。此反应的后果是内部电池温度升高、压力升高,液体电解质中的可燃气体排出以及爆炸和弹片的危险。锂离子电池中的液体电解质高度易燃,并且破裂引起的泄漏可能导致灾难性后果,尤其是在发生汽车事故的情况下。用固体电解质代替易燃液体可以防止发生热失控。

没有树突(锂枝晶)形成。循环寿命或电池可以执行的充电/放电循环总数是行业用来判断电池使用寿命的主要指标。常规液体电解质电池上的关键限制因素是在充电过程中在电池内形成金属沉积的趋势。这些沉积物会形成树枝状晶体,这些树枝状晶体会穿透隔离材料并可能引起短路。从根本上讲,液体电解质还会侵蚀电池本身内的电极。随着时间的流逝,金属会慢慢解离到周围的液体介质中,在循环过程中,电解液会起伏不定。细胞经历的循环越多,不可避免地会在细胞内形成更多的沉积物,从而导致短路。

节省空间。从液体电解质转换为固体电解质的直接好处是可以提高电池的能量密度。这是因为固态电池不需要在液体电池之间使用大的隔板,而仅需要非常薄的阻挡层即可防止短路。常规的浸液式电池隔膜的厚度为20-30微米。固态技术可使每个隔板的厚度减小到3-4微米,仅通过更换材料即可节省大约7倍的空间。但是,这些分隔器并不是电池内部的唯一组件,其他位也无法缩小得太多,这限制了固态电池的节省空间潜力。

即便如此,当用较小的替代品替代负极时,固态电池最多可以提供两倍于锂离子的能量。

寿命更长。固态电解质的反应性通常不如当今的液体或凝胶,因此可以预期使用时间更长,并且仅需2到3年就不需要更换。这也意味着,如果这些电池损坏或遭受制造缺陷,则不会爆炸或着火,这对消费者而言意味着更安全的产品。

在当前的智能手机中,对于那些希望使用同一部手机多年的人们来说,可更换电池经常会受到追捧,因为一旦出现故障,它们就可以换掉。智能手机电池通常在一年左右后就无法保持其电量,甚至可能导致硬件在使用数年后变得不稳定,重置甚至停止工作。使用固态电池,智能手机和其他小工具可以使用更长时间,而无需更换电池。但是,谈论液体电池与固体电池是一个过于简单的话题,因为电池中可以使用许多固体化学化合物,而不仅仅是一种。

总而言之,从消费者的角度来看,所有这些化学差异的主要好处是:充电速度提高了6倍,能量密度提高了2倍,循环寿命比2更长,长达10年,并且没有易燃部件。对于智能手机和其他便携式设备而言,这无疑将是一个福音。与锂离子电池的低成本相比,目前这使得它在消费电池中没有吸引力。将来,随着制造技术的改进,成本可能会下降,但与商业上可行的固态电池还有一段距离。

2020年是电动汽车固态电池年吗?

电池技术的进步继续吸引着业界的关注,尤其是在电动汽车领域。随着电动汽车制造商寻求占据更多的市场份额,增加汽车续航里程以降低成本是当务之急,因为这些因素为更多的潜在买家打开了市场。自从2000年代后期复兴以来,锂离子(Li-ion)电池凭借其高能量密度,循环能力和轻巧性而引领了电动汽车市场。但是,传统的锂离子电池技术可能已接近全部潜力,固态电池也即将出现。尽管固态电池已经存在了很长时间,但直到最近几年,该技术才开始朝着商业应用迈出一些大步。材料科学、计算机建模技术、电化学和制造技术的进步为电池行业开辟了新的可能性。福特、现代、丰田和大众、比亚的等主要汽车制造商都在投资固态电池研究。生产发布日期各不相同,但如果丰田实现其目标,固态电池供电的电动汽车有可能在2020年进入市场。

固态电池面临的最大挑战是技术问题,限制了商业可行性。例如,对于大型电池组中有效地导电的电池固态部分,确定统一的材料已被证明是开发人员面临的主要挑战。金属锂由于其高容量潜力和稳定性而被认为是固态电池的主要材料。许多人认为固态电池在商业上还不可行,但由于低温的潜在问题。固体电解质的物理局限性使其比液体电解质的导电性差。电导率取决于温度,因此与当前的锂离子电池相比,固态电池的能量密度在低温下可能会降低更多。

如果固态电池能够在未来3-5年内达到期望,则该技术将极大地改变汽车市场。电动汽车将比预期的价格竞争更早,具有更高的续航能力,并且体积较小。像特斯拉这样的公司已经将传统的锂离子电池加倍,但是固态电池在电动汽车市场上具有强大的破坏潜力。

未来电池的另一个重要功能,不仅是充电速度、重量或密度,还包括蓄电能力。固态电源是解决电动汽车的关键问题,固态电池的未来是光明的。

以上是我的浅薄之见,欢迎指正,谢谢!

Tags: 固态   锂电池   好在   固态电池  

很赞哦! ()

随机图文

留言与评论 (共有 条评论)
验证码: