氟離子電池
關(guān)注創(chuàng)建者：Hollis張 創(chuàng)建時(shí)間：2018-12-11
氟離子電池的視頻教程
關(guān)于 ECM 鋰離子電池、單節(jié)電池和電池組（帶冷卻和不帶冷卻）的 CFD 仿真
關(guān)于 ECM 鋰離子電池、單節(jié)電池和電池組（帶冷卻和不帶冷卻）的 CFD 仿真相關(guān)說(shuō)明
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高精度的鋰離子電池建模與仿真
高精度的鋰離子電池建模與仿真主要內(nèi)容： 電池建模的必要性 電池建模所面臨的問(wèn)題與挑戰(zhàn) 利用測(cè)試數(shù)據(jù)建立精確的電池模型 電池模型仿真與應(yīng)用
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氟離子電池的實(shí)例教程
本田研究所（Honda Research Institute）科學(xué)家正與加州理工學(xué)院（Caltech）和美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）的研究人員合作，一起研發(fā)了一種新型電池化學(xué)物，可比現(xiàn)有電池中采用的材料能量密度更高、更環(huán)保。
研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)克服目前氟離子電池（FIB）技術(shù)的溫度限制，演示氟離子電池在室溫下操作的過(guò)程，為研發(fā)能夠滿足快速增長(zhǎng)儲(chǔ)能需求的高能量密度電池開(kāi)辟了新機(jī)會(huì)。
本田研究所首席科學(xué)家Christopher Brooks博士表示：“氟離子電池提供了一種前景廣闊的新型電池化學(xué)物質(zhì)，其能量密度是目前鋰電池的十倍。與鋰離子電池不同，氟離子電池不會(huì)因過(guò)熱而造成安全風(fēng)險(xiǎn)，而且獲得氟離子電池原料所產(chǎn)生的環(huán)境影響遠(yuǎn)小于提取鋰和鈷造成的環(huán)境影響。”
氟離子電池提供了一種具吸引力的替代方案，可以替代其他類型的高能量電池，例如基于鋰或金屬的氫化物化學(xué)的電池，此類電池通常受到電極固有特性的限制。由于氟的原子質(zhì)量低，基于該元素的可充電電池的能量密度非常高，理論上比鋰離子電池高10倍。但是，雖然氟離子電池被認(rèn)為是“下一代”高能量密度儲(chǔ)能設(shè)備，但是受溫度要求的限制。
目前，固態(tài)氟離子電池需要在150攝氏度以上的高溫下工作，才能使電解質(zhì)具導(dǎo)電性。為了解決該問(wèn)題，研究人員找到一種方法，使氟離子電池能夠在室溫下工作。研究人員利用溶解在有機(jī)氟化醚溶劑中的干燥的四烷基銨氟化物鹽開(kāi)發(fā)出了此種電解質(zhì)，當(dāng)與具有銅、鑭和氟的核殼納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合陰極配對(duì)使用時(shí)，研究人員證明了室溫下可逆的電化學(xué)循環(huán)。
未來(lái)，氟離子電池可為電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車提供動(dòng)力，該電池容量高的特性使其成為電力產(chǎn)品的理想選擇。
來(lái)源：蓋世汽車網(wǎng)
展開(kāi) 來(lái)源：快科技 癮工廠
當(dāng)前制約著電動(dòng)車發(fā)展的主要因素，就是動(dòng)力電池。雖然鋰離子電池具有較高的能量密度，但對(duì)于車用電力電池來(lái)說(shuō)，鋰電池還存在著一定的短板。
為此，日本某公司也開(kāi)始另辟蹊徑，研發(fā)氟離子固態(tài)電池，能夠以更小的體積，承載更大的電池容量。
日前，據(jù)外媒報(bào)道，豐田和京都大學(xué)（Kyoto University）研究人員正在聯(lián)合開(kāi)發(fā)新一代電池技術(shù)。其正在研究的新型氟離子電池，單位重量的能量大約是傳統(tǒng)鋰離子電池的7倍，可以讓電動(dòng)汽車一次充電行駛1000公里。
并且，該研發(fā)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了一種，基于氟的可充電固態(tài)電池原型。該電池原型具有更高理論上的能量密度，這能夠使其續(xù)航時(shí)間比當(dāng)前的鋰離子電池長(zhǎng)7倍。
此外，研究人員用固體電解質(zhì)，來(lái)代替鋰離子電池中通常使用的液體電解質(zhì)。這種固態(tài)電池最大的優(yōu)勢(shì)就是不會(huì)著火，工程師們可以著力增加電池的充放電效率，而不用擔(dān)心電池過(guò)熱或起火自燃。
氟離子電池也面臨著不小的挑戰(zhàn)，就是其智能在高溫下工作，只有固態(tài)電解質(zhì)被充分加熱時(shí)，氟離子才會(huì)向極化電極移動(dòng)，而這可能會(huì)導(dǎo)致電池電極膨脹。
不過(guò)，京都大學(xué)和豐田研究小組稱，他們已經(jīng)找到了一種防止電極膨脹的方法，即用鈷、鎳和銅的合金制造電極。但是，實(shí)際情況還需后續(xù)驗(yàn)證。
雖然當(dāng)前，人們對(duì)于氟離子電池的希望越來(lái)越大，但是它們暫時(shí)還不會(huì)進(jìn)入市場(chǎng)。鋰離子電池的原型在1985年被開(kāi)發(fā)出來(lái)，但是直到1991年才開(kāi)始商業(yè)化。
展開(kāi) 本項(xiàng)工作中研究者用密度泛函理論研究了Li在簡(jiǎn)單混合模型和核殼模型的Si/C復(fù)合材料中的擴(kuò)散行為，揭示了Li在Si/C材料中的擴(kuò)散增強(qiáng)機(jī)制，這有助于指導(dǎo)鋰電池負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
Si/C復(fù)合材料是目前最有商業(yè)前景的負(fù)極替代材料之一，通過(guò)Si和C材料的結(jié)合，可以獲得相當(dāng)高的容量（高達(dá)2000mAh/g），并且碳材料的緩沖效應(yīng)和高導(dǎo)電性分別提高了機(jī)械穩(wěn)定性和耐久性，然而，與純負(fù)極材料相比，Si/C復(fù)合材料在Li、Si和C之間產(chǎn)生了額外的界面，這使得在原子尺度上發(fā)生的電化學(xué)機(jī)制更加復(fù)雜。
來(lái)自北卡羅來(lái)納大學(xué)夏洛特分校的研究人員通過(guò)第一性原理研究Li在Si/C復(fù)合材料中的擴(kuò)散特性，針對(duì)簡(jiǎn)單混合模型和核殼模型提供了Li在Si/C復(fù)合材料中擴(kuò)散機(jī)理的基本思路，有助于指導(dǎo)下一代負(fù)極材料的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。相關(guān)論文以題目為“Insights into the Li Diffusion Mechanism in Si/C Composite Anodes for Lithium-Ion Batteries”發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces期刊上。
論文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsami.1c03366
近年來(lái)，人們對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的需求迅速增長(zhǎng)，對(duì)鋰離子電池的高能量/功率密度、安全性和耐久性提出了更高的要求。硅或含硅材料由于其超高的理論容量(～4200 mAh/g）、低成本、來(lái)源豐富而被認(rèn)為是下一代鋰離子電池負(fù)極最有希望的候選材料之一。然而，硅負(fù)極在充放電過(guò)程中的體積變化會(huì)導(dǎo)致電極結(jié)構(gòu)的斷裂，進(jìn)而導(dǎo)致安全問(wèn)題、容量損失和有限的電池壽命周期。
展開(kāi) 來(lái)源 | Journal of Energy Storage
01
背景介紹
由于全球變暖問(wèn)題不斷加劇，對(duì)清潔能源替代品的需求持續(xù)增長(zhǎng)，電動(dòng)汽車電池憑借高效率、安全性和可靠性等特點(diǎn)，使電動(dòng)汽車(EV)行業(yè)迎來(lái)了大幅增長(zhǎng)。然而，這些電池也存在一些限制因素，盡管生產(chǎn)小型、安全、高性能、和可靠的電池有困難，但這也迫使電動(dòng)汽車制造商在電池領(lǐng)域進(jìn)行更多的投資。近年來(lái)，電動(dòng)汽車越來(lái)越受歡迎，為人們提供更多的舒適性和節(jié)省成本。
02
成果掠影
近期，韓國(guó)嶺南大學(xué)Gyu Sang Choi和Sung Chul Kim老師團(tuán)隊(duì)分析了各種電池熱管理系統(tǒng)(TMS-Bs)冷卻方法及其在可行性、成本和壽命方面的優(yōu)缺點(diǎn)，討論了熱失控(TR)機(jī)制，模型和策略，以減輕TRS問(wèn)題。有效的TMS-B可以減輕電池的TR，并提高其性能和壽命。總體而言，TMS-B對(duì)于維持電動(dòng)汽車中使用的LBS的最佳溫度范圍至關(guān)重要。一個(gè)有效的TMS-B可以減輕TR，并提高性能和壽命，然而，需要進(jìn)一步研究TMS-B的結(jié)構(gòu)、工作介質(zhì)、流道尺寸和液體填充能力，同時(shí)更好地理解電池、模塊和包裝如何應(yīng)對(duì)快速充電情況是十分必要的。
展開(kāi) 據(jù)汽車新聞網(wǎng)站Left Lane News報(bào)道，本田一科學(xué)家團(tuán)隊(duì)表示已經(jīng)研發(fā)出了一種新型電池技術(shù)，能量密度是鋰離子電池技術(shù)的10倍以上，今后新技術(shù)可以代替鋰離子電池，成為電動(dòng)汽車能量來(lái)源的新選擇。
本田研究所（Honda Research）、加州理工學(xué)院（California Institute of Technology）與NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（Jet Propulsion Lab）的科學(xué)家們周四宣布，他們研發(fā)出了一種更為溫度穩(wěn)定型的氟化物離子（fluoride-ion）電池技術(shù)。新技術(shù)生產(chǎn)的電池不僅是當(dāng)前鋰離子電池能量密度的10倍以上，而且它還可以更好的適應(yīng)環(huán)境。
氟化物離子電池技術(shù)其實(shí)并不是新技術(shù)，但是本田及其合作伙伴研發(fā)出了該技術(shù)的一種更為穩(wěn)定版本。先前的氟化物離子電池技術(shù)的運(yùn)行溫度需要超過(guò)300度；而本田研發(fā)的氟化物離子電池技術(shù)在室溫條件下即可有效運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，技術(shù)所需的原料可以從土地中直接提取，環(huán)境影響非常小。
本田研究所首席科學(xué)家克里斯托夫·布魯克斯博士（Dr. Christopher Brooks）表示：“氟化物離子電池技術(shù)提供了一種前景可觀的全新電池化學(xué)技術(shù)，其能量密度要比現(xiàn)有鋰離子電池高10倍之多。與鋰離子電池相比，氟化物離子電池并不用擔(dān)心過(guò)熱的問(wèn)題，對(duì)原料提取也沒(méi)有太多的要求，與鋰和鈷等電池原料的獲取相比，其環(huán)境影響非常的小。”
雖然技術(shù)還需要繼續(xù)改進(jìn)，但是本田認(rèn)為氟化物離子電池技術(shù)將是未來(lái)技術(shù)，可以應(yīng)用于電動(dòng)汽車以及其他更小的能源產(chǎn)品。
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氟離子電池的最新內(nèi)容
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以下綜述展示了針對(duì)鋰電池組件的仿真模擬實(shí)例，包括了陽(yáng)極/陰極/電解質(zhì)和制造過(guò)程。本文主要使用SIESTA(第一性原理計(jì)算引擎)，介紹了在全固態(tài)電池的固體電解質(zhì)中插入鋰離子到陰極/陽(yáng)極以及鋰離子擴(kuò)散所引起的物理性質(zhì)變化的實(shí)例。
1．用作陽(yáng)極的石墨和非晶硅吸收和解吸鋰離子而引起的體積膨脹與收縮、彈性模量和電子態(tài)密度的變化。
2．評(píng)估用作陰極的LiCoO2的體積模量。
3．評(píng)估鋰離子在固體電解質(zhì)
來(lái)源 | Journal of Energy Storage
01
背景介紹
隨著社會(huì)向低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，未來(lái)幾十年電池行業(yè)可能會(huì)出現(xiàn)數(shù)量級(jí)的增長(zhǎng)。電池的生產(chǎn)用途廣泛，每種用途都有特定的電力需求，從電力電子設(shè)備、啟動(dòng)電池設(shè)備到各種儲(chǔ)能設(shè)備。由于其卓越的能量密度、較長(zhǎng)的循環(huán)壽命和較低的自放電率，鋰離子電池已成為儲(chǔ)能技術(shù)的首選。然而，鋰離子電池的效率
鋰離子電池的仿真模擬
以下綜述展示了針對(duì)鋰電池組件的仿真模擬實(shí)例，包括了陽(yáng)極/陰極/電解質(zhì)和制造過(guò)程。本文主要使用SIESTA(第一性原理計(jì)算引擎)，介紹了在全固態(tài)電池的固體電解質(zhì)中插入鋰離子到陰極/陽(yáng)極以及鋰離子擴(kuò)散所引起的物理性質(zhì)變化的實(shí)例。
1．用作陽(yáng)極的石墨和非晶硅吸收和解吸鋰離子而引起的體積膨脹與收縮、彈性模量和電子態(tài)密度的變化。
2．評(píng)估用作陰極的LiCoO2
3 總結(jié)和展望
在鋰離子電池的研究中，仍存在許多科學(xué)問(wèn)題尚未解決，這些問(wèn)題嚴(yán)重影響著鋰離子電池的安全性能和使用壽命。例如，鋰枝晶的生長(zhǎng)演化、SEI膜的形成和破裂演化、正極顆粒在循環(huán)中的破裂、電池壽命預(yù)測(cè)、熱失控、以及電池組的電池狀態(tài)實(shí)施監(jiān)測(cè)和管理等問(wèn)題。這些問(wèn)題涉及到電場(chǎng)、濃度場(chǎng)、力場(chǎng)和溫度場(chǎng)等多個(gè)物理場(chǎng)之間的耦合，很難通過(guò)單一的實(shí)驗(yàn)表征手段對(duì)各個(gè)驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行分別觀測(cè)，更難以給出多場(chǎng)耦合的綜合結(jié)果
摘要: 鋰離子電池的綜合性能不僅取決于材料和結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，還與制造工藝及相關(guān)設(shè)備技術(shù)的進(jìn)步息息相關(guān)。目前電池制造廠商針對(duì)不同體系的電池工藝開(kāi)發(fā)多采用窮舉法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)試錯(cuò)，在工藝仿真技術(shù)方面還存在較大的發(fā)展空間。面向電池高質(zhì)量制造發(fā)展和數(shù)智化升級(jí)的行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，本文結(jié)合宏觀電池制造設(shè)備和微觀電池電極結(jié)構(gòu)兩個(gè)角度，對(duì)電池制造工藝仿真研究現(xiàn)狀進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)，分析了各工序工藝仿真技術(shù)機(jī)理研究、結(jié)構(gòu)發(fā)展及應(yīng)用前景
來(lái)源 | 電源技術(shù)
作者 | 楊朝蓬，張寧，段志宇
單位 | 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十八研究所
摘要：鋰離子電池作為電動(dòng)汽車動(dòng)力電池首選，維持其工作在最佳溫度范圍需要應(yīng)用散熱系統(tǒng)。針對(duì)常用的風(fēng)冷散熱系統(tǒng)，闡述了不同類型的特點(diǎn)，綜述了國(guó)內(nèi)外在電池內(nèi)部流道、進(jìn)出風(fēng)口結(jié)構(gòu)、冷卻空氣流體參數(shù)等方面開(kāi)展的仿真與實(shí)驗(yàn)研究，以及采用優(yōu)化算法和優(yōu)化策略，改善電池內(nèi)部溫度和溫差的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究
來(lái)源 | Nature Communications
01
背景介紹
隨著全球范圍內(nèi)能源危機(jī)的出現(xiàn)，并在“雙碳”目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下，鋰離子電池獲得了蓬勃發(fā)展，然而電池?zé)崾Э乇挥鳛橥{電池安全的“癌癥”，是制約電動(dòng)汽車與新型儲(chǔ)能規(guī)模化發(fā)展的核心瓶頸。因此亟需深入理解鋰離子電池?zé)崾Э匮葑儥C(jī)制，并提出早期預(yù)警策略以防止火災(zāi)爆炸事故的發(fā)生
來(lái)源：ELSEVIER
清華大學(xué)歐陽(yáng)明高院士團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)性地研究了老化路徑對(duì)鋰離子電池?zé)崾Э匦袨榈挠绊?研究成果在eTransportation國(guó)際交通電動(dòng)化雜志上發(fā)表。題為“A comparative investigation of aging effects on thermal runaway behavior of lithium-ion batteries”。
1.背景介紹
來(lái)源 | Journal of Energy Storage
01
背景介紹
由于全球變暖問(wèn)題不斷加劇，對(duì)清潔能源替代品的需求持續(xù)增長(zhǎng)，電動(dòng)汽車電池憑借高效率、安全性和可靠性等特點(diǎn)，使電動(dòng)汽車(EV)行業(yè)迎來(lái)了大幅增長(zhǎng)。然而，這些電池也存在一些限制因素，盡管生產(chǎn)小型、安全、高性能、和可靠的電池有困難，但這也迫使電動(dòng)汽車制造商在電池領(lǐng)域進(jìn)行更多的投資
