鋰離子電池降解和充電限制該如何應對？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-09-18 21:56
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鋰電池具有非常高的能量密度，這意味著它們可以存儲相當大的電量：它們不會隨著時間的推移而自行放電，并且它們不需要維護—因為它們沒有內(nèi)存而且電池也不需要定期循環(huán)來延長壽命。
鋰電設備的未來前景光明，以至于電動汽車制造商特斯拉投入約45億歐元來建立第一個太陽能電池超級工廠，為公司的Model S電池生產(chǎn)基于鋰離子的動力墻、電池組和電池。世界上最大的鋰離子電池是特斯拉在2017年制造的，完全充電后，可以為多達3萬戶家庭供電至少一個小時。
老化和降解
不可否認的是，鋰離子電池會隨著時間的推移而失效。陰極會降解，經(jīng)過大約1000次充電循環(huán)后，高端電池將損失約20％的電量。鋰離子電池即使不使用也會退化，而且在儲存一年之后，充滿電的電池也會損失20%的電量；如果他們進入“深度放電”狀態(tài)，很可能就不會再充電了。這種降解主要是由于晶須、樹狀結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，以及鍍層表面的生長（統(tǒng)稱為樹枝狀晶體）。
不利環(huán)境影響
雖然歐洲有許多設施可以收集和處理鋰離子電池，但很少有設施可以進行回收利用的。盡管特斯拉計劃在其超級工廠上促進電池的回收利用，但目前只能使用第三方合作伙伴來實現(xiàn)這一目標，這是一個低效的過程。通常，無效的鋰離子電池會被直接扔進垃圾填埋場。
不幸的是，開采鋰要比在回收過程中從電池中提取鋰便宜得多——鋰電池回收企業(yè)很少（如果有的話）收支平衡，因此需要國家補貼。雖然從地下開采鋰可能在經(jīng)濟上是合理的，但卻破壞環(huán)境。鋰礦開采破壞環(huán)境。礦山和制造廠有毒物質(zhì)的泄漏嚴重破壞了當?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)——河流污染、殺死牲畜和魚類，并使原本肥沃的農(nóng)田受到嚴重污染。
雖然金屬可以從海水或鹽水沉積物中提取，但該過程需要大量的水。智利是世界上最干旱的沙漠，由于水資源有限，立法者正在考慮限制鋰礦開采權(quán)。回收能力的缺乏和越來越多的電池供電產(chǎn)品意味著需求只會增長，而環(huán)境負擔也會隨之增加。
提高穩(wěn)定性和性能
防止或改善鋰離子電池相關(guān)問題的一種方法是提高其可靠性，確保它們不會隨著時間的推移而降解并且可以無限期使用。
提高電池壽命和整體可靠性
韓國蔚山國家科學技術(shù)研究院的研究人員設計了一項新技術(shù)，該技術(shù)有望限制細胞內(nèi)鋰箔的枝晶生長。這有可能無限期地延長電池壽命，同時提高電池本身的穩(wěn)定性和性能。該技術(shù)還處于早期階段，涉及用鋰—鋰化鋰—鋰陽極上，從而形成更加均勻的表面，并限制枝晶體形成。該過程尚未在真正的電池中進行試驗，研究正在進行中。另一種可能性是，工業(yè)將完全脫離鋰離子電池和其他稀土電池，從而能夠生產(chǎn)出一種材料簡單、不污染環(huán)境的電池。
鉀氧電池
鉀氧電池最初于2013年開發(fā)，其存儲容量是鋰電池的兩倍，效率也比鋰電池高。但是電池每次充電都會降解，電池的續(xù)航時間從未超過10次，這使得該技術(shù)無法應用到可靠性和壽命要求較高的應用上。降解是由于氧氣滲入陽極，導致陽極分解。最近的發(fā)展已經(jīng)看到OSU研究人員將聚合物加入陰極，防止氧氣到達并破壞陽極。在過去六年中，鉀氧電池的壽命從10個充電周期躍升至至少125個。這仍然不如鋰離子電池好，但已經(jīng)取得了進步。
