技术

电池的未来是什么?

几年来,锂电池有电动车,手机和多个其他电子设备。但他们的表演仍然需要。如何改善他们?概述。 

Jean-Marie Tarascon 对于Science N°522
本文保留用于科学用户
锂离子电池

越来越多的pré在我们的日常生活中,特别是在我们的设备中é移动电子产品,电池é也感觉很宽 é工业领域的灯塔(汽车,ré分配桶’électricité, aérospatial, etc.) et éQuipent设备数éDICALES和机器人。几年来ées, on les considère comme l’存储最有效和最灵活的储存方式之一’é赤霉病。这些设备é电化学蓄能器’électricité和可充电,其第一(电池到铅酸)具有été由法国物理学家于1859年开发çais Gaston Planté,可能会玩rôle clé dans la transition énergétique de nos sociétés vers un modèle de développement à faibles é二氧化碳的任务。

在现有电池技术中,一个叫做« lithium-ion » (Li-ion) s’est imposée并被销售éE自1991年以来。其主要力量ré在他的高密度方面é d’énergie (l’énergie stockée par unité体积或质量),两个à six fois supérieure à镍镉电池(Ni-CD)的那些,它在1899年出现,镍氢镍é高高(Ni-MH),Marketalisées pour la premiè1989年或铅酸。

锂离子电池é出现例如汽车é电气,包括市场é正在成长,给他们à这一天是大约300的自治à 400 kilomètres. Pour que les véhicules électriques séduisent la majorité驾驶者,两倍的自治是né本身。在这个领域很好’其他,我们正在等待AM性能电池éliorées. Aura-t-on bientôT,在每个域名有关域名éS,令人满意的电池’自主,再填充速度和可靠性é,没有牺牲野心écologiques ?什么将是明天的电池 ?

在给予之前éléments de réponse, rappelons briè电池的运行原理和审查一些困难és que l’on a dû surmonter avant d’最终电流锂离子电池。

电池是多个蓄电池的组装或« cellules »每个提供紧张局势相同électrique qui dépend des propriétés é磨砂的电化学ériaux utilisés。每个细胞都是ée d’une é正电极,阴极和’une électrode négative, l’anode, les deux électrodes étant séparé通过液体或固体培养基,’électrolyte, où离子可以是é放置。当两者é页面是连接的ées à un circuit électrique externe où des é电子可以自由循环,réactions électrochimiques (ré在水平上可发言é铅铅à un stockage ou à une libération de charges é电器(充电过程或é充电),取决于循环方向électrons.

拿着’exemple d’锂离子细胞。他的两者é电极充当éponges à锂。阴极是généralement constituée d’un oxyde métallique, et l’石墨阳极(碳板)。 D.écharge, c’est-à - 当细胞提供时’électricité à一种装置,锂锂原子és au carbone de l’阳极解离锂积极+ et en électrons (selon la réaction LixC6 → x Li+ + x e + C6);这é电子进入外部电路,而离子李+ se dé放在相反的方向à travers l’électrolyte jusqu’à阴极;这些离子S.’insèrent dans le matériau de l’é电极和重新组合é来自电路的电子é外部电力(取决于réaction MO2 + x Li+ + x e → Lix2O.ù MO2 désigne l’oxyde mé高雅)。负责,c’est l’inverse.

锂离子电池方案原理

电池是电化学电池的组件,每个组装包括阴极,电解质和阳极。当电池供给电器(放电)时,阳极在外部电路提供电子(E-),而阴极接收它;同时,阳极向内部电路提供正离子,通过电解质从阳极到阴极的离子。因此,在排出锂离子电池的过程中,阴极层状氧化物是“还原”的座位,其插入锂Li +离子的数量X和多大的电子,而阳极是“氧化“反应释放X离子Li +和X电子。负责,反应逆转。

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差异é潜力之间é磨砂的电化学ériaux des deux électrodes détermine la tension é电池供应的电气。 L.’étendue des ré行动(由因子翻译) x dans les réactions indiquées ci-dessus) détermine quant à elle la capacité电荷存储,c’est-à-dire la charge é最大电力积分ée. L’énergie stockée是电容电压的乘积é ; elle s’在每升(wh / l)或每千克(wh / kg)的Wattheurs中表达,供电s’表达瓦特(W)。 

走向中间 XX.e sièCLE,为了在电力方面开发更好的电池(éNERGIE由单位提供é de temps), d’自主或能力é (charge électrique stockée) , de durée生活等,科学家已经开始了é à s’intéresser au lithium, métal qui a l’avantage d’être très léger. Dans les anné1970年,研究人员已经注意到了é la faculté de certains matériaux à intégrer, de façon rérightight,li离子+ 在他们的结构中没有它é稳定。这个性质été, associée au fort pouvoir ré锂导管,c’est-à - 落实锂原子的倾向à céder un électron承诺密度és d’énergie deux à trois fois supérieures à那些电池的电池’époque.

因此,在1976年,’Amé¥克朗·斯坦利怀特哈姆(诺贝尔化学奖2019年),在埃克森工作,适合émonstration d’锂-M电池étal,用阳极mé塔塔莱特和阴极ée d’un matériau dit « d’insertion » ou « d’intercalation » à层状结构,二硫化钛(TIS2),O.ù les ions Li+ s’insèrent aisément ; l’eau é我们都与锂不相容,我们已更换é l’é旧技术的水电解质é有机电解质(锂盐,LIPF6,溶解在碳酸丙酯中ène).

不幸的是,这个PR配置ésentait des problèmes de sécurité执着的。实际上,在负载期间和é蓄能器的电荷,在液体上形成锂枝晶(树枝树)’阳极,可以好吗?î足够接近到达阴极,从而导致短路。然后,电池在使用时可以着火或爆炸。

脸à ce dé科学家采用了é deux stratégies. L’une est d’interposer entre l’anode de lithium mé高雅和阴极是巴里ère matérielle ; c’是锂-M电池的原理étal-polymèBlue Solutions,Bollor Group子公司é. L’autre stratégie consiste à diminuer l’activité du lithium métallique de l’anode en le remplaçant par un matériau d’锂离子的嵌入+G éné石墨,层状碳形。 vs.’est ce qui a donné诞生ANN中锂离子电池的概念ées 1980年,索尼营销,在 1991, des premiè这种类型的电池。

从那时起,锂离子电池的性能有很大的进展é. Leur densité d’é产生的能量超过双倍é : elle est passée de 100 Wh/kg à 240 Wh/kg aujourd’hui (à比较例如40-50 WH / kg铅酸电池)。进展的节奏édit, la densité d’é电池nergy n’ayant jusque-là que doublé en un siècle.

果实’悠久的呼吸

成员èS锂离子电池是果实的’长期工作é由许多科学家和ingénieurs, qui ont dû在垫子的水平上培养几个技术和科学锁ériaux d’électrodes, des é电解质及其界面作为单元配置。

开始ç关于Li-M技术的通过étal(锂阳极,TIS中的阴极2) à锂离子技术。研究人员有û寻找垫子的替代品é可以的阴极riaudà la fois servir de ré锂服务器并具有良好的特性étés é电化学,以弥补’锂替代锂的影响’碳阳极。

用他的Coll.ègues à l’université d’牛津,John Goodenough(2019年诺贝尔化学奖)Fit D’一块石头两次镜头 1980 l’拉米拉尔甲醚2O.ù锂原子’insè二氧化碳板之间,COO2。 D.’其他候选人有émergé随后,如Linio2,很快被遗弃了é出于s的原因écurité, et le LiMn2O4 qui, malgré它在权力方面的好处’环境影响,n’能够与LiCo竞争2 en raison d’une capacité弱,最重要的是,d’une plus courte durée de vie.

广告écennie plus tard, l’arrivée des composé聚阴离子,尤其是Lifepo4,再次识别é由John Goodenough,带来了CR替代品édible au LiCoO2。 L.eur écocompatibilité et leur sécurité d’使用解释他们的成功ès initial.

但是,compétitivité des batteries à base de ces composés s’est effritée因为它们的密度低é d’éNERGIE(150WH / kg)比较à那些使用层状氧化物(240WH / kg)。这些确实是été améliorés 通过的substitutions du cobalt par du manganèSE和镍,给了é des maté李公式(也不是 xmyCO.z)O. 2, 不是éS NMC。所谓的阶段« 622 » (notation abrégée pour x = 60 % de nickel, y = 20 % de manganèse et z = 20 %钴)现在’hui une réfé电池世界的工业批量。

我们正在寻找ésormais à增加镍率,同时降低钴,包括’非洲提取在该计划的条件下é。阴极的电池营销ées d’un composéNMC富含镍和可怜的钴,à savoir NMC 811, est ainsi prévue pour cette annéE 2021.科学家们的工作é还在综合上és NMC 90-05-05 (90 % de nickel, 5 % de manganèse et 5 %钴)除了’ê在钴中有所增加,将提供一种能力é de charge 10 % supérieure au déSormas Classic NMC 622。

另一个轨道是组成的és Li(NixCO.yAL.1–xy)O. 2。他们是é来自钴和镍的部分替代的苏尔夫’铝并使用és在喂养v的锂离子细胞中éhicules é建筑师tesla的电器。

Améliorations de l’anode

至于’anode, l’électrode né地球,它仍然依然存在à碳基。她知道很多我é含碳通过的血ésordonné initial, d’une capacité de 270 milliampè每克(Mah / g),硬碳或石墨,d’une capacité de 372 mAh/g.

另一种可能性é获得细胞à forte densité d’é能量是用硅氧化物或硅更换石墨,其电容é théorique是十次supé。目前,D的主要限制éveloppement d’硅阳极是l’instabilité de la « 钝化层 » ou SEI (pour 固体电解质界面),一个有说的层ée de composé形成的有机和无机à l’interface anode-électrolyte.

r的结果éactions du matériau de l’阳极与各种组成部分’é电解质,钝化层对电池的性能产生了很大的影响及其硬ée de vie. Elle protège en effet l’électrolyte d’une dér中的过度级别éduisant les ré其综合之间的行动és et l’阳极。但是,由于构成的硅颗粒的显着体积变化’阳极(变化到期à l’absorption ou la dé锂吸附),这种保护层破裂并且在负载-D循环期间恒定重整é收费 ;随着锂的涉及é在他的训练中,他’随之而来é可明显的锂等等ée de vie fortement écourtée.

图表比较电池技术

该图表在体积和质量密度方面比较了不同的电池技术。仅证明了功能原型的技术(因此,例如,Li-Air技术的缺失)。

根据Gaurav Assat,博士论文,Sorbonne University-Collègede France,2018年12月14日

L’其中一个解决方案ées à ce problème est de réduire la plage de « lithiation »(硅锂吸收),从而限制其体积的变化。在工业水平上,’最先进的方法ée aujourd’hui consiste à使用碳 - 硅复合阳极,例如C / Si(90 %-10 %), voire C/SiOx。然而,硅的体积变化导致研磨m é石墨犬,它带来问题èmes de sécurité et réduit la durée活性细胞生命。只留在NMC阴极和C / SI阳极处的电池(90 %/10 %) sont déjà commercialisé适用于应用’é电子消费者要求公众迪斯特é d’énergie.

L’é电解质,另一个CL组分é

这项研究有évolué在手中与那些人’é电解质。他的选择(mé溶剂和锂盐的朗奇是复杂的,因为在Li-Ion技术的情况下,L’é电解质在其外面工作être de stabilité热力学。幸运的是,形成钝化层EMPêche qu’il se dé年级。这层的形成和性质é距离’électrode et de l’é电解质。难的à contrôler, la SEI est au cœ寻找électrochimistes.

无论何处’它来自安娜é1990年,我们使用électrolytes constitués d’un mé循环和亚麻碳酸盐的奇和éaires (le plus répandu est un mélange de carbonate d’éthylène et de carbonate d’éthyle et de méthyle) où溶解的唇膏6盐。这些électrolytes pré感觉很好été锂锂溶剂溶液的溶解+, caracté最佳离子传导的基本含量。此外,在努力方面的最佳性能é电池寿命,它们含有众多’精确化学成分和浓度的添加剂(généralement inférieures à 3 %) relè产业保密风。

图表比较阴极材料

锂离子电池的性能尤其取决于正电极,阴极的材料。在能量密度方面比较使用或设想的各种材料。这里考虑到插层材料,即表示原子或锂离子可以容易地结合的结构。

根据Gaurav Assat,博士论文,Sorbonne University-Collègede France,2018年12月14日

所有这一切的工作électrodes et l’é电解质由此引出à锂离子电池密度és d’énergie d’environ 240 wh / kg或600 wh / l.由于这些良好的表演,电池à锂离子被认为是D的战争的神经év的快速发展éhicules électriques et, à长期,用于存储– et donc l’utilisation massive – des é可再生的金鸡。按照’impact sur nos sociétés, l’锂离子电池的发明可能是可比的à晶体管,光纤或GPS的那些,以及’我们明白诺贝尔基金会有récompensé(2019年)John Goodenough,Stanley Whittingham和Akira Yoshino(INGénieur de l’日本公司Asahi Kasei,该公司开发了1985年左右的第一个锂离子电池原型,以便他们的开拓工作。

但所有的mérites ne vont pas qu’对研究人员来说。企业家能够’螺栓èChe,并有很大的Dynamisé域名。其中,特斯拉和太空的创始人,特别是joué un rôle essentiel.

这种冒泡性的字符d’idées和visionary,在非典型课程,s’est lancé dès 2010 dans l’冒险的存储’é赤霉病。他的抱负était de mettre à计划的所有居民的处置ète de l’é大量清洁能量é et à bas coût grâ这是电池。他创造了他的目标éé在内华达州,États-Unis, la première Gigafactory, usine gé可以生产的电池制造的蚂蚁,直到’à每年50亿细胞。

Grâce aux économies d’échelle réalisées,千瓦时的价格(kwh)库存é a été divisé最后十个ère décennie. L’目标是在100欧元的kwh股票下面é d’ici à 2025 et, à长期,低于60欧元。要做到这一点,特斯拉显着增加了容量é de ses cellules 通过 增加镍率à la cathode et l’inté复合C / IFà l’阳极,或在d上éveloppement d’un nouveau procédé制造业工业électrodes.

动态主义的’Elon Musk a bousculé l’汽车行业和允许’essor actuel des véhicules électriques – à这一天,超过450 modè船队超过800万véhicules qui dé2040年将通过1.5亿甚至更多。像CATL,PANASONIC或VOLKSWAGEN PR等竞技公司é看到建设 吉瓜饼 满足世界需求不断增加。为了«固定存储» d’éNERGIA(例如,L的大量存储’électricité由农场制作’éOlien或Photovolta面板ïques), la capacité installée全球应该从3-4个千岁时分(GWH)。à 1 300 GWh dans les années à来,留下了pré展示了每年生产电池的壮观扩张。

但是,它仍然存在à amé在迪斯特方面提高锂离子技术é d’é只有那些艰难的人ée de vie, de la sécurité et de l’环境足迹。什么是探险轨道ées ?

更加电池énergé蜱和更强大 

为了’augmenter la densité d’énergie d’电池,所以它的自主权,我们可以增加细胞的张力,c’est-à-dire la diffé垫子之间的工作潜力é阴极的活跃子弹和’阳极,增加电容é spécifique des deux électrodes.

在富含镍的层外阶段ésentées plus haut, la dé由2002年覆盖的’é杰夫·达恩’universitéDalhousie,加拿大,2007年,迈克尔·泰克莱,AM实验室éricain d’Argonne, de composé富含锂,包括L.’archétype est la phase Li1,2或者0,13CO.0,13m0,54O2唤起了很多希望 :他们有一个电容é exacerbée, due au cumul d’activités liées à阳离子(正离子)和阴离子(离子né)。我的团队与collège de France a prédit ce phénomène en 1999 et l’a démontré expé汇率为第一个è再次在2013年。这些哑光é因此,讨论了一个身份证ée 30岁的岁月都假设了这一点’activité d’un matériau d’électrode était seulement liéE阳离子。我们可以得到沉闷és d’énergie très intéressantes, d’大约350WH / kg或750 wh / l。

不幸的是,这’activité liée aux anions s’伴随着各种pH值énomènes qui limitent l’efficacité énergétique et font décroî具有负载循环次数的细胞的平均潜力。而且,虽然’令人印象深刻的,迪茨és d’éNERGIA尚未满足希望密度的汽车制造商és supérieures à 800 Wh/L pour équiper des véhicules à forte autonomie.

L’ambition d’实现这个表现是réaliste ?有十几个二维’années, on a parié在LI-AIR技术上(O.ù le lithium réagit avec de l’oxygène provenant de l’空气)因为一些spé公民觉得’它可以提供5个à 10 fois la densité d’énergie du Li-ion. Même Toyota pré看到竞争èS 2022特斯拉汽车与这种类型的电池à快速充电。但’espoir a été de courte durée et on n’今天说得更多’hui.

目前,C.’是锂电池« tout solide », batteries dont l’é电解质是固体和非液体,唤起’engouement des spé。这项技术有été développéESocié最初在1986年由James Akridge ofSociéété américaine eveready,在一个版本中à couches minces ; mais le passage à des électrodes massives n’avait jamais pu être réalisé. La mise au point d’然而,功能原型可以最终实现âce à la dé2011年,由ryoji kanno覆盖’东京工业大学及其科尔ègues, d’un thiophosphate (Li10GEP.2S12)谁是谁é派出一场举行é离子离子élevée,可比甚至支持érieure à celle d’un électrolyte liquide.

这进步ée a poussé les différents acteurs à动员巨大手段制作任何固体电池A réalité. Leur électrolyte n’é这么多的不是液体,这些电池可能更多û资源而不是市场ées aujourd’惠,也更具吸引力的密度é volumique d’énergie (supérieure de 60 % à古典锂离子),特别是因为’elles autorisent l’utilisation d’anodes en lithium mé高考而不是石墨。

然而,许多障碍仍然存在(不稳定é des interfaces électrolyte-é电极,锂枝晶的生长à l’阳极等)。进步ès considérables ont été réalisés举起这些困难és. Le ré大多数壮观的苏丹是à mettre au cré三星说,他有ésentéEN 2020强制细胞原型(密度é d’énergie d’environ 900 Wh/L) dépourvue de lithium à l’anode au moment de l’组装,哪个能够dé通过1,000个充电循环,没有明显的能力损失é.

虽然D.é所有固体电池中的接口都远非’être maîtrisé,幼苗,如量子景观和实力ñ’hésitent plus à宣布生产的生产è所有固体电池的2024。因此,他们加入丰田谁,dès 2017, avait affirmé所有的固体电池都会燃料2022 véhicules é电器。如果这是éalise, le dé快速发展’新技术将是第一个ère dans l’电池史。 

快速充电 ?

此外a capacité, donc l’自主,锂离子电池,按下用户需求是一种速度élevé电荷e。在这方面,所有稳固的技术都提供éorie一个优势(因为’é固体电解质使得可以运输更多数量的’ions Li+),但仍然存在谁à démontrer en pratique.

速度é从离子的距离中悬挂在其他东西中à浏览é电极。这个距离是d’比哪个粒子短得多é le matériau d’é电极很小且é薄电极,但这种配置有’inconvénient d’增加r的数量é寄生虫和r行动éduire la densité d’énergie. À cela s’ajoutent bien d’autres difficultés. L’une d’它们是在充电期间形成锂树枝状的风险’a évoqué以上,因此d’热失控。一个R.églage fin de la tempé负载期间的成率évè必不可少的,因为一个温度é低轨增加了风险’跑步,而’une température élevée favorise des ré寄生物的行动伤害à la duré电池寿命。

存储能量电池电压光伏

锂离子电池servent aussi à stocker de l’électricité produite par des sources d’énergie intermittentes comme l’énergie photovoltaïque et l’énergie éolienne. Des batteries au sodium (Na-ion) pourraient bientôt les concurrencer dans ces applications.

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À ces considé显示复杂性的口粮é快速负载S.’ajoute la problé在连接方面的充电终端的尺寸范围 :直径铜线ètre supérieur à 2 centimètres sont né到Transf.érer une éNERGIA在不到10分钟的时间内几百千瓦时。简而言之,一个电池érant à un véhicule é电气的自治800公斤è10在10中非常可充电 minutes paraî紧张的不可思议。

然而,许多作品正在进行中é莱斯快速充电。在化学水平,研究人员正在努力’识别新垫子ériaux d’électrodes à conductivités ioniques et électriques plus élevées et d’优化形态或结构,s’帮助断层扫描技术à rayons X ou à中子。在等待这项研究领先时,另一种解决方案是度假à部分refills(最多’à根据适当的协议,80%)电池écis, ce qui permet d’达到充电时间达到25分钟。 vs.’特斯拉的当前增压器是什么。

É借用电池充电的另一个方面,有关便携式设备(Télé手机,电脑,平板电脑,剃须刀é电动等)新générations :出于商品的原因é,无线,诱导有一个热潮électromagnétique. Ce procédé依靠非接触式转移’é两个线圈之间的内风,l’une émettrice et l’autre ré其中包括FRéquences de résonance électromagnétique doivent être bien ajusté损失最小。我们可以将电感耦合应用于汽车é电气快速填充 ? La question est à l’étude,但它意味着résoudre des problè我的尺寸和’é加热电池。

更容兼容性é écologique

此外’自主和电池充电速度,它们的兼容性é avec les préoccupations é目前的科洛尼吉斯是一个至关重要的问题。他们的环境足迹épend de l’abondance des élé它们的化学物质ées, du coût énergé他们的制造,还有可能性és回收它们。最多的生命周期分析é这些显示,为了制造或回收锂离子电池存储1千瓦时,aé400 kWh的Nergia,相关ée à l’é75公斤CO的使命2,是nécessaire.

这种观察鼓励à在垫子的水平创新éri x及其procédés d’é劳动力。他也煽动了é à重新审视一些技术,如Li-Air,Li-S(锂 - 硫),Na离子(钠离子)…所有这些选项,最后ère, qui s’从锂离子激发激发,是最先进的ée。 Na离子电池很快就会ôt commercialisé由几家公司这样的公司(英国),Tiamat(法国)或HINA(中国),他有émarré大规模生产(每月60,000个细胞)。

在密度方面é d’éNERGIA,NA-ION(140WH / kg)技术将无法与锂离子(240w / kg)竞争。她PR.é另一方面,int力量éressantes, pouvant dé每公斤40千瓦,反对1.5 锂离子电池的KW / kg。她B.énéFicie也是可能的é快速充电。更重要的是,我们可以携带并储存Na-ion m电池même lorsqu’elles sont complètement déchargées(与锂离子电池不同,原因是liées aux réactions avec le métal utilisé à l’阳极电路接口é外部电力)促进操纵。和’élément clé这些累加器,à了解钠,比锂更丰富的千倍,所以更便宜,而且étant uniformément ré地球的派对,而锂是très localisé。因此,Na离子电池可以有利地在不久的将来取代锂离子电池’applications ne nécessitant pas une trè很大的自治,就像v一样élos à assistance é电气踏板车,踏板车,vé混合臀部或DIY设备,而不会忘记井ûr li应用程序ées aux ré分配桶’électricité密度低é volumique d’énergie n’est pas un handicap.

回来à l’empreinte é医学锂离子电池,减少它的可能方法’augmenter la durée de vie de ces dispositifs. 锂离子电池actuelles sont déjà fortement optimisées :他们工作几个月甚至安ées,有些应该为d工作écennies.

所以,杰夫·达恩和他的équipe ont ré这是对ACC测试进行的élérés sur une pé三年riod on锂离子电池,其阴极在NMC 532和L.’石墨阳极。这些测试显示了é qu’锂离子电池可以为Véhicule é电气300万公斤ètres parcourus à 20 °C, soit une durée de vie d’environ 25 一年假设décharge de 100 % 每天。但是,很难ée这些蓄能器的生活方式éduit à临时10年érature d’opération est de 40 °C.

电池« intelligentes »

我们可以吗étendre la duré电子电池,同时收集他们的可靠信息é经营状态和’usure ? Tel est le défi que l’我们试图接受所谓的电池« intelligentes ». L’idée是开发诊断工具équipé电池和哪个dé将使它发生在其中,以便gérer de faç它的操作和负载周期,无论螺钉应用如何ées.

在循环的负载期间écharge, les électrodes, en se ré追踪或扩张,可以être le siè裂缝和裂缝é放超声波。几年来ées, on considère la détection de ces é像M这样的声学任务éthode idéale pour suivre 原位 les é电池栏。但是,这个méthode reste pour l’instant une curiosité实验室由于其使用的沉重。

目前的方法’激励部门M.édical, où l’光纤用于在此期间发送和接收信息’手术干预。通过类比,我们考虑’inté在纤维电池和光学传感器中,以映射其温度的变化é内部大坝,但也要遵循负载周期训练和’éSEI,钝化层à l’interface électrode-é电解质。最后,我们可以追随热流généré根据负载速度的电池,这是一个用于更多S电池的资产ûres。另一个目标是’ESP标识è这些化学品。研究人员正在努力’通过设计光纤套装来获取此信息ées.

光学或声学诊断技术允许’identifier les phénomènes à l’origine de la dégradation prématurée当前电池 : fractures mécaniques des électrodes, phénomè溶解D.épôTS或形态学变化等但对于智能电池,这种诊断的方法是不可分割的’une étape de réparation.

㈡égrer des matériaux autoréparants

提供系统电池èmes autoré因此,父母构成了一个领域’expé忽略越来越活跃。鼓舞人心é生物过程,如Cicatrization或SP识别é富抗抗体èNE,这样的功能Suggèrent le recours à la chimie supramoléculaire.

在这种精神下,我们可以突出开创性的工作’Akira Harada, de l’université d’Osaka, et ses collègues. Depuis les anné1990年,这些研究人员放了à profit l’interaction d’环糊精,摩尔éculair cula,聊天îne polymère. L’泵送周围的环糊精îne polymè重新生产Supramol架构éculaires à滑动链接,其属性étés é持久是卓越的,谁,纳入了谁ées à un matériau, peuvent « lier »这一个并消散了约束écaniques qui s’在那里锻炼身体。在2017年,有这样的粘合剂,孙龙崔和他的科尔ègues, de l’Institut coréen avancé科学和技术(Kaist),amélioré considé硅阳极的性能,经历超过300的体积波动 % lors de l’insertion et la dé锂的Sinsertion。小电池é因此,这种阳极支持超过400个充电循环。

电动车电池充电

电动汽车市场正在蓬勃发展,但现有电池的性能仍然不足以诱因大部分驾驶者。电池的开发在几分钟内加载似乎是虚幻的。另一方面,自主性增加,即要说储存在补充中的能量,是一个现实的目标。

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L’接近耦合剂诊断和作者éparation, que l’Europe a intégrée au cœ他的研究计划 电池2030+ démarré2019年,可以成功à des batteries dotées d’与系统通信的输出è管理层取决于诊断ç你,订购广告治疗éQUAT在电池内。这种双重功能é diagnostic-autoré将增加耐用性至关重要é et la fiabilité电池和Ricochet降低了它们的脚印écologique.

这是印记é医学电池épend par ailleurs é他们回收的摩洛伊斯兰解放阵线,一个问题é由于每年生产的数百万锂离子电池变得越来越重要。

回收到目前为止休息’à现在正在进行édés mé经典,但复杂的Tallurgicals。他们涉及许多人é胶带(热敏剂,合并,组成提取物és solubles…) coû溶剂和é赤霉病。最重要的是,它们对许多人负责émissions de CO2,有时比那些李更重要ées à电池的制造。目前的研究旨在à促成édé创新,简单,小的coû允许réemploi ou la récupération directe des é电极或mati.è活跃的人没有去’à leur dé化学成分甚至à重新思考电池配置,以便每个électrode puisse être recyclée séparément. 

Un élément clé pour la transition énergétique

在三十安é谁跟着他对市场的赌注é,锂离子技术很少à几乎没有达到TH的极限的性能éory,他的化学可能会让步等待。成为S.ûre, elle est aussi économiquement compétitive. Elle est désormais un élément clé pour réussir la transition énergé勾选到更可持续的世界。 D.’après le Forum é全球经济,电池有éjà entraîné巨大的0.4 gigatons降低é全球CO任务2 dues aux transports ;他们可以éduire les émissions de CO2 2.2 Gigatons柔顺émentaires d’ici à 2030, soit 30 实现目标所需的全球下降的百分比’巴黎关于2015年气候的协议。

那r.éserve l’avenir ? La supré李离子技术镇仍应持续多次écennies et ce d’autant plus qu’elle continue de s’améliorer. Il reste néanmoins des défis à占用,这是两个订单。

À短期,锂离子电池的快速负载是l’最紧迫的目标。但是一个争论的充值è在不到10分钟内是内在è不可能的。另一方面,有很多’espoir du côté de l’augmentation de l’autonomie, soit 通过 l’amélioration des matériaux, soit 通过 如果相关的技术锁相关,所有固体电池és sont levés.

À long terme, les dé最重要的fis是’艰难地增加ée生活,从可靠性é et de l’écocompatibilité电池。这可能涉及déplacement de l’小心我们今天携带’hui aux matériaux vers l’é界面电化学électrode-électrolyte, dont dé挂在权力,sécurité, en fiabilité et en longévité. L’这些接口的动态方面需要技术’analyse et de caractérisation 原位 innovantes.

这D.éfi est aussi l’occasion de dé开发智能电池,intégrant à内部诊断技术和哑光ériaux autoréparans。诊断也是réalisés fourniront d’重要数据ées,那个工具’人工智能将能够使用以便é开发更好的系统è我的电池管理。

问题的问题’apport de l’电池领域的人工智能仍然存在’ailleurs ouverte. L’IA sera peut-être utile pour accélérer le dé新垫的发展ériaux, mieux maî尝试接口,prédire la duré电池的电子生活,甚至有助于’é新化学的推动。

所有这些都有一些未来主义的方面是欧宝的支柱éen 电池2030+。但对于这件事而言’这家公司的野心成为一个réalité,它将在SP研究人员之间进行大量合作écialités diffé年金。在这种情况下,’欧洲可以赶上gé亚洲蚂蚁règnent aujourd’慧辉,电池世界,并在市场上重新获得手é financièrement lucratif.

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