Alternativen zu Lithium-Ionen-Batterien


Antwort 1:

Obwohl mir alle Antworten auf dieser Seite gefallen, hat keine von ihnen das zentrale Problem angesprochen, das der Fragesteller gestellt hat.

Blei-Säure und NiMH sind ausgereifte Technologien, die bereits in Automobilen eingesetzt wurden. Das Gewicht und das Volumen der Batterien (aufgrund der Materialien, aus denen sie hergestellt sind) werden jedoch niemals klein oder leicht genug für den Einsatz in einem Automobil mit vergleichbarer Leistung wie bei einem Verbrennungsmotor.

Fortschrittliche Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) verbessern sich. Der Hauptvorteil des Li-Polymers hängt mit der Lebensdauer und Spannung des Zyklus zusammen. Schwefel- und Luftchemien sind zwar sicherer und bieten mehr Kapazität, sie verringern jedoch die von der Batterie bereitgestellte Spannung und damit die Leistungsabgabe einer Zelle. Noch wichtiger ist, dass sie das Problem der Lithiumspeicherung nicht ansprechen. Es mag wahr sein, dass wir mehr Lithium abbauen / finden können, aber wieder "was ist mit etwas anderem?"

Die Antwort lautet: Wenn jemand wüsste, würde er viel Geld verdienen, nicht nur in der Automobilindustrie, sondern auch in den Bereichen Versorgung und Solarenergie. Die weit entfernten Technologien der nächsten Generation, über die gesprochen wird, umfassen normalerweise eine der folgenden:

1) Nehmen wir an, wir kennen uns mit Lithium-Ionen-Batterien aus und versuchen etwas Ähnliches mit Natrium (einer Natrium-Ionen-Batterie von SIB). Dieser Ansatz zeigt bereits vielversprechende Ergebnisse, aber es gibt Einschränkungen bei Natrium, genau wie bei Lithium. Die Tatsache, dass Natrium schwerer als Lithium ist (niedriger im Periodensystem), bedeutet auch, dass Sie beim Vergleich ähnlicher Materialien in LIBs mit SIBs immer weniger Ladung pro Gewichtseinheit erhalten. SIBs oder vielleicht sogar Natriumschwefel- oder Natriumluftbatterien können in Automobilanwendungen eingesetzt werden, aber wir sind weit von der Kommerzialisierung entfernt.

2) Multivalente Batteriechemien - wie Mg2 + und Al3 + - werden untersucht. Die meisten davon erfordern höhere Betriebstemperaturen, da die festen oder flüssigen Hochtemperaturelektrolyte. Diese sind für die stationäre Lagerung wahrscheinlich vielversprechender, aber dies ist ein Bereich, der in Zukunft sehr interessant sein könnte.

3) Systeme auf Basis von Fluor / Halogenid / negativen Ionen. Dies ist ein Bereich, der wirklich unerforscht ist; und das aus gutem Grund. Es sind keine "guten" Elektrolyte für nichtwässrige Fluorionenbatterien bekannt. Alle Elemente auf der rechten Seite des Periodensystems sind jedoch sehr erdreich. Auch in diesen Bereichen hat die Arbeit begonnen, aber niemand kann ein Endprodukt sehen, daher will das Kapital es nicht finanzieren, und das derzeitige Finanzierungsklima des Bundes wird ihr Gewicht nicht hinter sich lassen, da es schwer vorherzusagen ist, wie erfolgreich die Menschen sein werden (Niemand will als Geldverschwender verprügelt werden).



Antwort 2:

Ein paar Notizen ...

Es gibt viele verschiedene Chemikalien, die unter den Begriff Lithium-Ionen fallen. Mit jeder Chemie sind Variationen in Bezug auf Energiedichte, Kosten und "Sicherheit" verbunden. Die Zellen in einem Tesla Roadster und einem Nissan Leaf sind beide Lithium-Ionen, aber sie sind sehr unterschiedliche chemische Eigenschaften. Obwohl dies nicht das implizite Problem des Auslaufens von Lithium angeht, sollten Sie dies berücksichtigen, wenn Sie über Lithiumtechnologien sprechen.

Abgesehen davon gibt es Lithium-Polymer, das meines Wissens für Automobilanwendungen immer noch viel zu teuer ist. Wird häufig in Mobiltelefonen und anderer Unterhaltungselektronik verwendet. Hohe Kosten, hohe Energiedichte. Offensichtlich verwenden diese auch Lithium ... also würden sie auch kein Problem mit der Lithiumversorgung lösen.

Eines Tages könnten wiederaufladbare Metall-Luft-Chemikalien vielversprechend sein. Da einer ihrer Reaktanten (dh Luft) nicht in der Batterie gespeichert ist, haben diese ein großes Potenzial für Sicherheit (Reaktanten nicht im selben Behälter) und Energiedichte (bis zu 10x). Meines Wissens gibt es derzeit nur in Laboratorien wiederaufladbare Versionen im Automobilbereich oder sogar in der Nähe des Automobilmaßstabs, obwohl anscheinend einige Unternehmen daran arbeiten. (Apropos, wenn Sie dies lesen und von jemandem gehört haben, der wiederaufladbare Metall-Luft-Batterien herstellt, schreiben Sie bitte! Ich wollte das untersuchen, da es so aussieht, als könnte sich die Branche irgendwann auf den Weg machen. ) Interessanterweise leiden Metall-Luft-Chemikalien im Vergleich zu Lithium-Ionen und anderen Optionen unter einer geringen Leistungsdichte. Ich glaube, dies liegt hauptsächlich an den geometrischen Einschränkungen beim Mischen des gespeicherten Metalls und der extern zugeführten Luft (nur so viel Oberfläche verfügbar usw.) .). Beachten Sie, dass es Metall-Luft-Chemikalien schon seit langer Zeit in nicht wiederaufladbaren Kleinformatzellen gibt, die üblicherweise zur Stromversorgung winziger Elektronikgeräte wie Hörgeräte verwendet werden. (Siehe Wikipedia-Eintrag für Zink-Luft-Batterie).

Als nächstes gibt es immer noch einige Leute, die Blei-Säure-Batterien für die Automobilindustrie verwenden. Obwohl es Ihnen keine große Reichweite / geringes Gewicht bietet, ist die Chemie ziemlich stabil und Sie können es billig genug kaufen. Sie werden dies wahrscheinlich nicht bald (oder höchstwahrscheinlich) auf einem Serien-Elektrofahrzeug sehen, aber Sie könnten es definitiv in einem Prototyp oder Laborfahrzeug sehen, in dem andere Aspekte des Fahrzeugs wichtiger sind und es einfach keinen Sinn ergibt sich mit "experimentelleren" Chemikalien für das befassen, was eine bestimmte Gruppe zu untersuchen versucht.

Auch Nickel-Metallhydrid wurde definitiv irgendwann in EV-Bemühungen ausprobiert (um 1997 verwendete der Toyota RAV-4 EV dies ...). Ich weiß sonst nicht viel über die Chemie, aber ich bin sicher, dass dies nicht zu schwer zu erforschen wäre. Außerdem verwendet die Toyota Prius-Batterie eine NiMH-Batterie für ihr Hybridsystem.

Schließlich wurde die Möglichkeit untersucht, Ultrakondensatoren zur Speicherung von Energie für den Fahrzeuggebrauch zu verwenden. Darüber hinaus untersuchen einige Forscher zukünftige chemische Verfahren mithilfe von Nanotechnologie, die möglicherweise zu Fahrzeuganwendungen führen könnten.



Antwort 3:

Es gibt eine Reihe von Alternativen zu Li-Ionen, die derzeit von der Batterie-Community für den Einsatz in Elektrofahrzeugen untersucht werden, und ich habe nachfolgend einige herausragende aufgeführt.

1)

Lithium-Luft-Batterien

. Diese könnten möglicherweise eine viel höhere gravimetrische Energiedichte (Energie pro Gewichtseinheit) als Li-Ionen aufweisen. Das Erreichen einer hohen Zykluslebensdauer und hoher Raten ist jedoch eine Herausforderung.

2)

Lithium-Schwefel-Batterien.

Diese sind analog zu Li-Luft-Batterien, aber Sauerstoff wird durch das Element direkt darunter im Periodensystem Schwefel ersetzt.

3) Li-Metallanoden. Die Anode einer Li-Ionen-Batterie basiert auf der Insertion von Li-Ionen in einen Wirt (normalerweise Graphit). Höhere Energiedichten könnten erreicht werden, wenn die Anode stattdessen Lithiummetall wäre. Hier gibt es jedoch eine Reihe von Herausforderungen, insbesondere die Tendenz von Li, Dendriten zu bilden, die die Batterie kurzschließen können.

4)

Natriumionenbatterien

. Hier besteht die Idee darin, Lithium durch das darunter liegende Element im Periodensystem Natrium zu ersetzen. Die Leute schauen auch auf Natrium-Luft und

Natrium-Schwefel-Batterie

Batterien.

5) Magnesiumionenbatterien. Auch hier geht es darum, Lithium durch ein anderes Element zu ersetzen. Lithium kann ein Elektron abgeben, Magnesium jedoch zwei. Die Hoffnung ist, dass Sie auf diese Weise hohe Energiedichten erreichen können.

6)

Durchflussbatterien.

Die aktiven Materialien in diesen Batterien sind eher Flüssigkeiten als Feststoffe. Dies kann vorteilhaft sein, da Sie den Akku durch Austauschen der Flüssigkeiten schnell aufladen können. Durchflussbatterien haben jedoch im Allgemeinen geringere Energiedichten als Li-Ionen-Batterien.

Es gibt auch viele andere Ideen, einschließlich verschiedener Arten von m

etal-Luftbatterien

und Batterien, die eher auf negativen Ionen (wie Fluorionen) als auf positiven Ionen (wie Lithiumionen) basieren. Es gibt auch

elektrochemische Kondensatoren

, die technisch nicht als Batterien gelten, aber die Funktion erfüllen.

Keine der oben genannten Technologien kann zu diesem Zeitpunkt mit Li-Ionen für Automobilanwendungen konkurrieren. Einige dieser Technologien wurden für bestimmte Anwendungen eingesetzt (z. B. werden Durchflussbatterien verwendet)

Netzenergiespeicher

), aber erhebliche Herausforderungen müssen bewältigt werden, bevor sie für Fahrzeuge geeignet sind. Auf lange Sicht ist es so gut wie unmöglich vorherzusagen, welche Technologien sich herausstellen werden und welche nicht. Ich denke jedoch, dass Lithium-Schwefel zu diesem Zeitpunkt (Juni 2014) der Vermarktung für Automobilzwecke wohl am nächsten kommt.



Antwort 4:

Markt für Lithium-Ionen-Batterien für Kraftfahrzeuge: Einführung

Lithium-basierte Batterien sind fortschrittliche Batterien, die in Elektrofahrzeugen und in vielen anderen Bereichen wie der tragbaren Unterhaltungselektronik verwendet werden. Aufgrund der damit verbundenen erheblichen Kosten und der Verfügbarkeit von Gegenstücken auf Nickelbasis auf dem Markt wurden sie jedoch ursprünglich nicht in Hybrid-Elektrofahrzeugen (HEVs) eingesetzt. Nach 2005, mit dem Preisverfall bei Lithiumbatterien, haben die Automobilhersteller begonnen, Lithiumbatterien in Hybridfahrzeugen einzusetzen, was ihre Marktgröße dramatisch vergrößert. Die vier in Lithiumionenbatterien verwendeten Materialien sind Anodenmaterialien, Kathodenmaterialien, Elektrolytlösung und Separatoren.

Die Lithium-Ionen-Batterie für Kraftfahrzeuge hat sich im Vergleich zu herkömmlichen Batterien wie Blei-Säure- und Nickel-Metallhydrid-Batterien als umweltfreundliche, wiederaufladbare Energiequelle herausgestellt. Mit der Umsetzung strenger Kraftstoffeffizienznormen in Ländern wie den USA, Indien, Deutschland und Japan versuchen die Hersteller, die Kosten für Lithium-Ionen-Batterien zu senken, was wiederum die Nachfrage nach Elektrofahrzeugen erhöht.

Zahlreiche Regierungen bieten Anreize / Steuergutschriften zur Förderung des Einsatzes von Elektrofahrzeugen, was die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Autobatterien voraussichtlich erhöhen wird. Beispielsweise beträgt die Steuergutschrift des IRS (Internal Revenue Service) 2.500 bis 7.500 US-Dollar pro neuem Elektrofahrzeug, das für den Einsatz in den USA gekauft wurde. In ähnlicher Weise gewähren Länder wie Kalifornien einen Rabatt von 2.500 US-Dollar, Delaware einen Rabatt von 1.000 US-Dollar und Colorado eine Steuergutschrift von 5.000 US-Dollar für den Kauf von Elektrofahrzeugen.

Markt für Lithium-Ionen-Batterien für Kraftfahrzeuge: Dynamik

Die Zunahme der Produktion und des Absatzes von Elektrofahrzeugen in Verbindung mit den zunehmenden Anstrengungen zur Reduzierung der CO2-Emissionen und der Toxizität dürfte die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Autobatterien im Prognosezeitraum beflügeln. Darüber hinaus wird erwartet, dass die von staatlichen Stellen angekündigten Steuerbefreiungen für Elektrofahrzeuge, die mit Lithium-Ionen-Batterien betrieben werden, die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Autobatterien ankurbeln werden. Darüber hinaus bieten die Regierungen Anreize und Subventionen für die Installation und Produktion von Lithium-Ionen-Batterien, die das Marktwachstum voraussichtlich unterstützen werden. Auch im Automobilsektor ist die zunehmende Verlagerung hin zu nachhaltig sauberen Kraftstoffen der Schlüsselfaktor für den Lithium-Ionen-Batteriemarkt.

Der Mangel an Infrastruktur zum Laden von Elektrofahrzeugen in vielen Ländern wird jedoch den Markt für Lithium-Ionen-Autobatterien einschränken. Die Sicherheitsbedenken im Zusammenhang mit der Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien behindern auch das Wachstum des Marktes für Lithium-Ionen-Autobatterien.

Markt für Lithium-Ionen-Autobatterien: Trend

Aufgrund der Zunahme der FuE-Aktivitäten und der zunehmenden finanziellen Anreize seitens der Regierung bemühen sich viele Länder, die Abhängigkeit von Erdölprodukten wie Benzin und Diesel für den Transport zu verringern. Daher wird für die globale Lithium-Ionen-Fahrzeugbatterie im Prognosezeitraum ein deutliches Wachstum prognostiziert. In den vergangenen Jahren verzeichnete China einen Anstieg der Nachfrage nach Elektrofahrzeugen um 300 Prozent.

Der Markt für Elektroautos ist recht klein, aber die Autohersteller steigern ihre Produktion. Einige Märkte haben jedoch einen enormen Anstieg des Eigentums angestrebt, insbesondere China, das vorhersagt, dass bis 2020 mehr als sechs Millionen Autos mit Lithium-Ionen-Autobatterien unterwegs sein werden.

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Markt für Lithium-Ionen-Autobatterien: Globale Branchentrendanalyse 2012 bis 2017 und Prognose 2017 - 2025


Antwort 5:

Lithium Sulphur Tech ist sicher und könnte mittelfristig (z. B. 3-5 Jahre) die EV-Reichweite verdoppeln - http://www.oxisenergy.com/ Mit steigendem Preis werden weitere Möglichkeiten zum Auffinden und Extrahieren von Lithium entdeckt - höhere Batteriekapazitäten kann auch die benötigte Menge an Lithium reduzieren



Antwort 6:

Lithiumeisenphosphat http://3.ly/LiFePO4 ist eine überlegene Batteriechemie, wenn Sie mehr Wert auf Haltbarkeit und Ladezeit als auf die Energiedichte legen.