Uppladdningsbart litiummetallbatteri

Uppladdningsbara litiummetallbatterier är sekundära litiummetallbatterier . De har metalliskt litium som en negativ elektrod , ibland kallad batterianoden . Den höga specifika kapaciteten hos litiummetall (3 860 mAh g ⁻¹ ), mycket låg redoxpotential (−3,040 V jämfört med standardväteelektrod) och låg densitet (0,59 g cm ⁻³ ) gör den till det idealiska anodmaterialet för batteriteknologier med hög energidensitet . Uppladdningsbara litiummetallbatterier kan ha lång driftstid på grund av litiums höga laddningstäthet . Flera företag och många akademiska forskargrupper forskar och utvecklar för närvarande uppladdningsbara litiummetallbatterier eftersom de anses vara en ledande väg för utveckling bortom litiumjonbatterier. Vissa uppladdningsbara litiummetallbatterier använder en flytande elektrolyt och vissa använder en solid-state elektrolyt .

Historia

Ett laddningsbart litiummetallbatteri kommersialiserades av Moli Energy (nu känt som E-One Moli Energy ) på 1980-talet, men efter att flera celler fattat eld, återkallades enheter som använder Moli-batterier och företaget gick i konkurs.

Forskningsanvisningar

De främsta utmaningarna med att utveckla praktiska laddningsbara litiummetallbatterier är låg celllivslängd på grund av låg Coulombic effektivitet och dålig tillförlitlighet på grund av dendritbildning som orsakar en kortslutning. Ansträngningar för att förbättra prestanda fokuserar på valet av elektrolyt, eftersom elektrolytreaktionen med litium dikterar Coulombic effektivitet, och separatorelektrolyten måste motstå dendritbildning.

Flytande elektrolyt

Forskningsriktningar inkluderar system med hög salthalt, tillsatser eller fluorinnehållande elektrolyter som bildar solid-electrolyte interface (SEI) lager på litium och inkapsling av litium inuti skyddande skal.

Elektrolyt i fast tillstånd

Fasta polymerelektrolyter som polyetylenoxid (PEO) har forskats på i decennier men kräver hög temperatur, lågspänningskatoder och låga strömtätheter för att nå rimlig livslängd och tillförlitlighet. Oorganiska polymerkompositer har studerats för att hitta ett bearbetbart, flexibelt system. Många familjer av oorganiska material har studerats, inklusive LiPON, litiumborhydrid , glasartade, halvkristallina och kristallina sulfider, strukturerade NASICON- fosfater, perovskiter , anti-perovskiter och granater .

Kommersialisering

Uppladdningsbara litiummetallbatterier har kommersialiserats av Bolloré i Bluecar -programmet, och tunnfilmsbatterier med lågt energiinnehåll såldes av Cymbet och andra. Flera företag utvecklar uppladdningsbara litiummetallbatterier för applikationer i hemelektronik och elfordon. Statusen för de utvecklingsinsatser som har offentliggjort data sammanfattas i tabellen nedan.

Sammanfattning av data för cykling av litiummetallanodceller
Organisation	Cellstorlek	Strömtäthet	Cyklar	Tryck	Massladdning	Temperatur
Jonlagringssystem	1 lager myntcell	0,2 mA/cm ²	25	?	2,5 mAh/cm ²	25
PolyPlus	1 lager myntcell	0,4 mA/cm ²	50	?	2,6 mAh/cm ²	?
Samsung	600 mAh 2 lager	3,4 mA/cm ²	1000	20 atm	6,8 mAh/cm ²	60°C
Sion	1,8 Ah	C/1,5	700	?	?	?
Fast kraft	20 Ah 22-lager	0,3 mA/cm ²	30	10 atm	3 mAh/cm ²	29°C
QuantumScape	70x85mm 10-lagers	3,2 mA/cm ²	800	3,4 atm	3,2 mAh/cm ²	29°C

Se även