1,電池技術(shù)本身并不怎么高深莫測(cè),?;驹磉€是當(dāng)年伏打電池,也就是氧化還原反應(yīng),。翻開高中化學(xué)書把電化學(xué)章節(jié)復(fù)習(xí)一遍,,就基本可以覆蓋80%以上的電池原理。高中化學(xué)書上介紹的Zn Cu原電池用的是氫離子,,原理和現(xiàn)在鋰離子電池一樣,,只是把正負(fù)極材料、電解液換換,,氫離子再換成鋰離子罷了,。
2,但是,,原理簡(jiǎn)單不等于性能可以很容易地提高,。電池系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的多變量系統(tǒng)。拿鋰離子電池來說,,找到適合的氧化還原反應(yīng),,只是萬里長(zhǎng)征走完了第一步,只說明能發(fā)生如此氧化還原反應(yīng)的材料有可能作為電池正負(fù)極材料,,可以讓鋰離子在正負(fù)極間來回穿梭,從而實(shí)現(xiàn)充放電的目的,。但這是否真正可行,,卻受制于太多因素。
發(fā)生(嚴(yán)重的)副反應(yīng)不行,,效率太差不行,,穩(wěn)定性不好不行(因?yàn)檫@樣沒幾圈電池里的鋰都被無謂地消耗了,性能不會(huì)好)
循環(huán)穩(wěn)定性不好也不行,,有些電池開始100圈充放電還不錯(cuò),,但是慢慢地效率就越來越差,最后只能達(dá)到開始時(shí)的一半甚至更低,。
安全性不好絕對(duì)不行,,不用解釋
材料成本太高不行,衍生出工藝太復(fù)雜也不行,,什么納米藝術(shù)啥的甭看你文章的影響因子有多高,,能玩出什么花來,只要用成本這把刀一砍, 一刀就死,。成本低,,性能馬馬虎虎,可以說九死一生,;成本太高,,十死無生(除非用于軍事,、心臟起搏器及其他植入式醫(yī)療器械等不太考慮成本的領(lǐng)域)。有某鋰空大牛最近開始用金子做正極,,這種電池就算做出來了是專門供應(yīng)土豪的嗎,?
充放電速率問題,由于鋰離子在電池中的擴(kuò)散是一個(gè)動(dòng)力學(xué)上的受制過程(也就是慢過程--請(qǐng)復(fù)習(xí)物理化學(xué)相關(guān)內(nèi)容),。所以原理上講不可能一味通過增大電流來提高充放電速率(這是現(xiàn)在很多號(hào)稱能快速充放電電池的手段),。加大電流,電池外做功回路(電子)電流密度增大,,但電池內(nèi)部鋰離子的擴(kuò)散由于比較慢,,根本跟不上這個(gè)節(jié)奏,所以這樣的電子-離子運(yùn)動(dòng)的脫節(jié)必然導(dǎo)致性能的犧牲,。一分鐘充電的電池當(dāng)然可以做出來,,但是性能可能只有3小時(shí)充電容量的1/4甚至更少,電池壽命就更慘不忍睹,。這還沒有考慮大電流充放電帶來的巨大安全隱患——起火爆炸,。
可能有人會(huì)問,為什么鋰離子擴(kuò)散速率這么慢,,因?yàn)殇囯x子在電池內(nèi)的擴(kuò)散不像電子在金屬導(dǎo)體中運(yùn)動(dòng)那么簡(jiǎn)單飄逸,,導(dǎo)帶和價(jià)帶重疊,自由電子運(yùn)動(dòng)那叫一個(gè)酸爽,。鋰離子不是金屬導(dǎo)體中的電子,,形象一點(diǎn)解釋,鋰離子從負(fù)極到正極的運(yùn)動(dòng)(即放電過程)是先從負(fù)極(固體)費(fèi)勁吧唧地脫出,,進(jìn)入粘糊糊的有機(jī)液體(電解液)或有機(jī)高分子或其他固態(tài)電解質(zhì)中作擴(kuò)散運(yùn)動(dòng),,鋰離子游過電解質(zhì)后上岸再進(jìn)入固體--正極材料。這種固--液--固(或固--固--固)的反應(yīng)你可以想象有多慢,,這還不算正負(fù)極之間的隔膜(多孔的絕緣高分子材料,,浸滿電解液,只讓鋰離子過,,以避免電池內(nèi)正負(fù)極接觸造成短路),。再者,鋰離子從負(fù)極到正極的運(yùn)動(dòng)要兩次穿過固液界面,,多孔的隔膜,、正負(fù)極表面也都有巨大的界面,而且這些表面的副反應(yīng)非常復(fù)雜,,至使電池性能的下降更加雪上加霜,。更不用說材料中的雜質(zhì)、制造加工時(shí)的缺陷,甚至電極片的纏繞,、正負(fù)極接頭的焊接等工程技術(shù)問題都可能導(dǎo)致電池的一系列問題,。
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