อาจกล่าวได้ว่าความหนาแน่นของพลังงานเป็นคอขวดที่ใหญ่ที่สุดที่ จำกัด การพัฒนาของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ไม่ว่าจะเป็นโทรศัพท์มือถือหรือยานพาหนะไฟฟ้าผู้คนคาดหวังความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่เพื่อให้ได้ลำดับความสำคัญใหม่เพื่อให้อายุการใช้งานแบตเตอรี่หรือระยะทางของผลิตภัณฑ์ไม่ได้เป็นปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อผลิตภัณฑ์อีกต่อไป
ตั้งแต่แบตเตอรี่ตะกั่วกรดไปจนถึงแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมไปจนถึงแบตเตอรี่ไฮไดรด์นิกเกิลโลหะไปจนถึงแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนความหนาแน่นของพลังงานได้รับการปรับปรุงตลอดเวลา แต่อัตราการปรับปรุงช้าเกินไปเมื่อเทียบกับการพัฒนาในระดับอุตสาหกรรมและเมื่อเทียบกับขนาดของความต้องการพลังงานของมนุษย์ บางคนถึงกับตลกว่าความก้าวหน้าของมนุษย์ติดอยู่ใน "แบตเตอรี่" แน่นอนว่าถ้าวันหนึ่งการส่งพลังงานไร้สายทั่วโลกสามารถทำได้ด้วยการเข้าถึงไฟฟ้า "ไร้สาย" ทุกที่ (เช่นสัญญาณโทรศัพท์มือถือ) แล้วมนุษย์จะไม่ต้องการแบตเตอรี่อีกต่อไป แบตเตอรี่.
ในการตอบสนองต่อสถานการณ์ที่ความหนาแน่นของพลังงานกลายเป็นคอขวดประเทศต่างๆทั่วโลกได้กำหนดเป้าหมายนโยบายที่เกี่ยวข้องสำหรับอุตสาหกรรมแบตเตอรี่โดยหวังว่าจะนำอุตสาหกรรมแบตเตอรี่ไปสู่การพัฒนาที่สำคัญของความหนาแน่นพลังงาน เป้าหมายในปี 2563 ที่กำหนดโดยรัฐบาลหรือองค์กรอุตสาหกรรมในประเทศจีนสหรัฐอเมริกาญี่ปุ่นและประเทศอื่น ๆ ชี้ไปที่มูลค่า 300WH/กิโลกรัมซึ่งเกือบจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าในปัจจุบัน เป้าหมายระยะยาวสำหรับปี 2030 คือ 500wh/kg หรือแม้กระทั่ง 700wh/kg และอุตสาหกรรมแบตเตอรี่จะต้องมีการพัฒนาทางเคมีที่สำคัญเพื่อให้ได้สิ่งนี้
มีหลายปัจจัยที่มีผลต่อความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่ลิเธียมในแง่ของระบบเคมีที่มีอยู่และโครงสร้างของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนข้อ จำกัด ที่ชัดเจนคืออะไร?
เราได้วิเคราะห์มาก่อนในฐานะผู้ให้บริการพลังงานไฟฟ้าในความเป็นจริงคือองค์ประกอบลิเธียมในแบตเตอรี่สารอื่น ๆ คือ "ของเสีย" แต่เพื่อให้ได้ผู้ให้บริการพลังงานไฟฟ้าที่มั่นคงยั่งยืนและปลอดภัย . ตัวอย่างเช่นในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมวลของลิเธียมมักจะมากกว่า 1% เล็กน้อยและส่วนที่เหลืออีก 99% ของส่วนประกอบเป็นสารอื่น ๆ ที่ไม่มีฟังก์ชั่นการจัดเก็บพลังงาน เอดิสันมีคำพูดที่โด่งดังความสำเร็จคือเหงื่อ 99% บวกกับความสามารถ 1% ดูเหมือนว่าความจริงนี้คือสากลอา 1% เป็นดอกไม้สีแดงส่วนที่เหลืออีก 99% คือใบไม้สีเขียวซึ่งไม่ใช่
ดังนั้นเพื่อเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานความคิดแรกของเราคือการเพิ่มสัดส่วนขององค์ประกอบลิเธียมในขณะที่อนุญาตให้ลิเธียมไอออนมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ (ไม่สามารถลดลงได้) วัฏจักรของการจัดการพลังงาน
1. เพิ่มปริมาณของสารที่ใช้งานในเชิงบวก
การเพิ่มสัดส่วนของวัสดุที่ใช้งานในเชิงบวกส่วนใหญ่จะเพิ่มสัดส่วนของลิเธียมในระบบเคมีแบตเตอรี่เดียวกันเนื้อหาของลิเธียมจะเพิ่มขึ้น (เงื่อนไขอื่น ๆ ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง) และความหนาแน่นของพลังงานก็จะดีขึ้น ดังนั้นภายในระดับปริมาตรและน้ำหนักที่ จำกัด เราต้องการวัสดุที่ใช้งานได้ดีขึ้นและวัสดุที่ใช้งานมากขึ้น
2. เพิ่มปริมาณของวัสดุที่ใช้งานเชิงลบ
นี่เป็นเพราะเพื่อให้ทันกับการเพิ่มขึ้นของวัสดุที่ใช้งานในเชิงบวกจำเป็นต้องใช้วัสดุที่ใช้งานเชิงลบมากขึ้นเพื่อรองรับลิเธียมไอออนที่ว่ายน้ำและเก็บพลังงาน หากมีวัสดุที่ใช้งานเชิงลบไม่เพียงพอลิเธียมไอออนพิเศษจะถูกฝากไว้บนพื้นผิวเชิงลบแทนที่จะถูกฝังอยู่ข้างในทำให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมีที่ไม่สามารถย้อนกลับได้และการสูญเสียความจุของแบตเตอรี่
3. การปรับปรุงความสามารถเฉพาะของวัสดุอิเล็กโทรดบวก (ความจุกรัม)
ปริมาณของวัสดุที่ใช้งานในเชิงบวกนั้นมี จำกัด และไม่สามารถเพิ่มขึ้นได้อย่างไม่มีกำหนด สำหรับปริมาณที่ใช้งานในเชิงบวกจำนวนลิเธียมไอออนมากที่สุดเท่าที่จะทำได้จะถูกลบออกจากอิเล็กโทรดบวกเพื่อเข้าร่วมในปฏิกิริยาเคมีเพื่อเพิ่มความหนาแน่นของพลังงาน ดังนั้นเราหวังว่าสัดส่วนมวลของไอออนลิเธียมที่ถอดออกได้เมื่อเทียบกับวัสดุที่ใช้งานอยู่ในเชิงบวกนั้นสูงเช่นดัชนีความจุเฉพาะนั้นสูง
นี่คือเหตุผลที่เรากำลังศึกษาและเลือกวัสดุแคโทดที่แตกต่างกันตั้งแต่ลิเธียมโคบอลต์ไปจนถึงลิเธียมเหล็กฟอสเฟตและจากนั้นไปยังวัสดุที่ประกอบไปด้วยเป้าหมายนี้
การวิเคราะห์ก่อนหน้านี้ลิเธียมโคบอลต์สามารถเข้าถึง 137mAh/g, ลิเธียมแมงกานีสและลิเธียมเหล็กฟอสเฟตค่าที่แท้จริงอยู่ที่ประมาณ 120mAh/g, แมงกานีส Nickel Cobalt Ternary สามารถเข้าถึง 180mAh/g หากคุณต้องการขึ้นไปคุณจะต้องศึกษาวัสดุแคโทดใหม่และก้าวหน้าในอุตสาหกรรม
4. การปรับปรุงความสามารถเฉพาะของวัสดุขั้วบวก
ค่อนข้างพูดความสามารถเฉพาะของวัสดุอิเล็กโทรดเชิงลบไม่ใช่คอขวดหลักของความหนาแน่นของพลังงานของ แบตเตอรี่ ลิเธียม เหล็กฟอสเฟต แต่ถ้าความสามารถเฉพาะของอิเล็กโทรดเชิงลบเพิ่มขึ้นก็หมายความว่าไอออนลิเธียมมากขึ้นสามารถรองรับได้น้อยลง มวลของวัสดุอิเล็กโทรดเชิงลบจึงบรรลุเป้าหมายในการเพิ่มความหนาแน่นของพลังงาน
ด้วยวัสดุคาร์บอนกราไฟท์เป็นอิเล็กโทรดเชิงลบความสามารถเฉพาะทางทฤษฎีคือ 372 mAh/g และวัสดุคาร์บอนแข็งและวัสดุนาโนคาร์บอนที่ศึกษาบนพื้นฐานนี้สามารถเพิ่มความสามารถเฉพาะเป็นมากกว่า 600 mAh/g วัสดุขั้วบวกที่ใช้ดีบุกและซิลิคอนยังสามารถเพิ่มกำลังการผลิตเฉพาะของขั้วบวกเป็นลำดับที่สูงมากซึ่งเป็นโฟกัสการวิจัยในปัจจุบัน
5. การลดน้ำหนัก
นอกเหนือจากวัสดุที่ใช้งานอยู่ของขั้วไฟฟ้าบวกและลบอิเล็กโทรไลต์ฟิล์มฉนวน, สารยึดเกาะ, สารตัวนำ, ตัวสะสมของเหลว, เมทริกซ์, วัสดุปลอก ฯลฯ คือ "น้ำหนักตาย" ของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน % ของน้ำหนักของแบตเตอรี่ทั้งหมด หากน้ำหนักของวัสดุเหล่านี้สามารถลดลงได้โดยไม่ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่ Li-ion สามารถปรับปรุงได้
ในเรื่องนี้มีความจำเป็นที่จะต้องดำเนินการวิจัยและวิเคราะห์อย่างละเอียดเกี่ยวกับอิเล็กโทรไลต์ฟิล์มฉนวนสารยึดเกาะเมทริกซ์และของเหลววัสดุปลอกกระบวนการผลิต ฯลฯ เพื่อค้นหาโปรแกรมที่สมเหตุสมผล หากทุกด้านได้รับการปรับปรุงความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่โดยรวมสามารถปรับปรุงได้โดยหนึ่งองศา
จากการวิเคราะห์ข้างต้นจะเห็นได้ว่าการปรับปรุงความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นวิศวกรรมที่เป็นระบบเพื่อปรับปรุงกระบวนการผลิตปรับปรุงประสิทธิภาพของวัสดุที่มีอยู่และพัฒนาวัสดุใหม่และระบบเคมีใหม่จากด้านเหล่านี้ โซลูชั่นระยะสั้นปานกลางและระยะยาว