المعرفة الشائعة للألياف البصرية والوحدة البصرية والواجهة البصرية
لماذا يجب أن نهدف إلى 800 كيلومتر؟ نظرًا لأن هذه القيمة هي أعلى قيمة متوقعة بالنسبة لمعظم نطاق الإبحار ، إذا لم يتمكن نطاق الإبحار في السيارة الكهربائية من الوصول إلى 800 كيلومتر ، ويمكن قبول التكلفة من قبل معظم الأشخاص ، فإن السيارة الكهربائية ستحظى بشعبية أقل.
لذلك ، قمنا بتعيين هذه القيمة على هدف مشروع البطارية 500. بدأ المشروع في عام 2009 ويهيمن عليه مركز الأبحاث المادن. منذ ذلك الحين ، أجرت IBM هذا البحث مع عدد من الشركاء التجاريين ومعاهد الأبحاث من أوروبا وآسيا والولايات المتحدة.
يعتمد مشروع البطارية 500 على تقنية الهواء المعدنية. بالمقارنة مع بطاريات الليثيوم ، فإن بطاريات الهواء المعدنية لديها المزيد من الطاقة لكل وحدة وحدة. لا يزال بحث المشروع يستغرق عدة سنوات لتسويقه. ولكن خلال هذه السنوات السبع من التجارب ، يمكننا أن نعتقد أن بطارية الهواء المعدنية في المستقبل مفيدة بالفعل في السيارات الكهربائية.
لماذا هي بطارية للهواء المعدني؟
أخذ بطاريات الليثيوم في الهواء كمثال ، لفهم هذه المشكلة ، دعنا نلقي نظرة أولاً على الفرق بين بطاريات ليثيوم أيون (بطاريات الليثيوم الشائعة الآن) وبطاريات الهواء الليثيوم.
يوضح الشكل أدناه الحالة الداخلية للبطارية أثناء شحن وتفريغ بطارية ليثيوم أيون. في بطارية ليثيوم أيون تقليدية ، يكون القطب الإيجابي هو الكربون ، ويتكون القطب السلبي من أكاسيد معدنية انتقالية مختلفة مثل الكوبالت والنيكل والمنغنيز وما شابه. تم غمر كلا الأقطاب في المنحل بالكهرباء حيث تم إذابة ملح الليثيوم. أثناء الشحن والتفريغ ، تنتقل أيونات الليثيوم من قطب إلى آخر. يختلف اتجاه الحركة اعتمادًا على ما إذا كانت البطارية مشحونة أو تفريغها وفقًا لحالة البطارية. في وقت الشحن والتفريغ ، يتم تضمين أيونات الليثيوم أخيرًا في الطبقة الذرية للمواد القطب ، وبالتالي تعتمد قدرة البطارية النهائية على مقدار ما يمكن أن تستوعب المواد الليثيوم ، أي ، يحددها حجم وجودة الأقطاب الكهربائية.
△ عملية شحن وتفريغ بطارية ليثيوم أيون
تختلف بطاريات الليثيوم. في بطاريات الهواء المعدنية ، يحدث رد فعل كهروكيميائي. أثناء عملية التفريغ ، يطلق القطب الإيجابي الذي يحتوي على الليثيوم أيونات الليثيوم ، وتتحرك أيونات الليثيوم نحو القطب السلبي وتتفاعل مع الأكسجين على سطح القطب السلبي لتشكيل بيروكسيد الليثيوم (Li 2 O 2). تتفاعل أيونات الليثيوم والإلكترونات والأكسجين على سطح القطب السلبي الذي يتكون من الكربون المسامي ، لأن التفاعل الكيميائي لا يحدث على القطب السلبي ، ولا يكون أيون الليثيوم هو مادة القطب السلبي. لذلك ، فإن قدرة البطارية وحجم أو كتلة مادة القطب السلبي ليست عالية جدًا. علاقة كبيرة ، طالما أن هناك مساحة سطح كافية. وهذا يعني أن قدرة بطارية الليثيوم في الهواء لا يتم تحديدها حسب حجم وجودة القطب ، ولكن مساحة سطح القطب. هذا هو السبب في بطارية ليثيوم الهواء ، يمكن للقطب الصغير أيضًا تخزين كمية كبيرة من الطاقة ، مما يؤدي إلى ارتفاع كثافة طاقة. 
△ عملية شحن وتفريغ بطارية ليثيوم الهواء
بالطبع ، بالإضافة إلى كثافة الطاقة ، تعد التكلفة أيضًا اعتبارًا مهمًا. يتراوح سعر البطارية حاليًا من 200 إلى 300 دولار أمريكي / كيلوواط ساعة ، إذا كان بإمكانك تشغيل 5-6 كيلومترات لكل كيلوواط ، و 800 كم تحتاج إلى بطارية 150 كيلو وات في الساعة ، فأنت بحاجة إلى 30،000-4.5 مليون. تحتاج سيارة BMW 2 Series فقط إلى 33،000 دولار. لذلك ، إذا كنت ترغب في الإنتاج الضخم ، فيجب أن ينخفض السعر لكل كيلوواط عن 100 دولار. ما هي المشكلات التي يجب أن أحلها لتسويق بطارية الليثيوم في الهواء؟ عندما تتعرض الليثيوم والأكسجين ببساطة لتفاعل الأكسدة والاختزال ، فإن الحد الأقصى لكثافة الطاقة النظرية التي يمكن إنتاجها هي 3460 WH/kg. بصرف النظر عن جزء الخلية التي لا تخضع لتفاعل كيميائي ، فإن قيمة كثافة الطاقة التي يمكن تحقيقها في نهاية المطاف أمر مرغوب فيه أيضًا. بالطبع ، ستواجه أيضًا مشاكل. تشبه عملية الشحن لبطارية الليثيوم في الهواء تلك التي تتمتع بها بطارية ليثيوم أيون التقليدية ، طالما تم ضغطها خارجيًا. الفرق هو أنه في بطارية ليثيوم في الهواء ، عندما يكون هناك جهد خارجي ، يتم تدمير بنية بيروكسيد الليثيوم ، ويتم تقليله إلى أيونات الأكسجين والليثيوم ، ويتم إرجاع أيونات الليثيوم إلى القطب الإيجابي. تحتوي بطاريات الليثيوم على الهواء ، مثل بطاريات الليثيوم التقليدية ، على المزيد من دورات الشحن والتفريغ ولها المزيد من الآثار الجانبية داخل البطارية. هذه الآثار الجانبية أساسية لإنتاجها الضخم وحتى التسويق. لفهم آثار هذه الآثار الجانبية على البطارية ، استخدمنا مطياف الكتلة الكهروكيميائية في مركز الأبحاث لقياس كمية الغاز المستهلكة وإنتاجها بدقة خلال كل دورة الشحن والتفريغ. نتيجة لذلك ، تم اكتشاف مشكلة: تنبعث بطارية الليثيوم في الهواء من الأكسجين أثناء الشحن من الأكسجين المستهلك أثناء التفريغ. (في الاختبار ، يتم استخدام الأكسجين الجاف بدلاً من الهواء.) 
△ مطياف الكتلة الكهروكيميائية لمركز أبحاث IBM (: IBM)
في خلية بطارية مثالية ، فإن الأكسجين المستهلك أثناء التفريغ يساوي كتلة الأكسجين المنبعث أثناء الشحن. لكن الدراسة وجدت أن كمية الأكسجين التي تم إطلاقها أقل ، مما يعني أن الأكسجين الذي لم يتم إطلاقه من المرجح أن يتفاعل مع المكونات الموجودة في وحدة البطارية ، مثل الذوبان في المنحل بالكهرباء ، والبطارية في الداخل. استهلاك. في مختبر IBM آخر في زيوريخ ، أجرينا تجارب جديدة لتتبع وحوسبة التفاعل الكيميائي المدمر ذاتيا. أخيرًا ، تم العثور على السبب على المنحل بالكهرباء العضوية. ثم درسنا هذه المشكلة. في أحدث وحدة بطارية ، بعد استخدام الإلكتروليت الجديد ، يمكنه إطلاق معظم الأكسجين الممتصة أثناء التفريغ. بالإضافة إلى ذلك ، فإننا نتتبع أيضًا استهلاك وإنتاج الهيدروجين والماء أثناء الشحن والتفريغ ، لأن وجود هاتين المادتين يعني أنه من المحتمل أن يكون هناك تفاعل كيميائي واحد على الأقل من الاستهلاك الذاتي داخل البطارية. تمكنت وحدة البطارية الحالية الخاصة بنا من تحقيق 200 دورة شحن وتفريغ ، على الرغم من أن هذا هو جعل عملية الشحن الفعلية أقل بكثير من الحد الأقصى النظري. بالإضافة إلى هذه المشكلة ، لدينا بعض النتائج الرئيسية حول المكونات المختلفة لبطارية الليثيوم في الهواء: 1. يختلف القطب الموجب عن القطب الإيجابي المصنوع من الجرافيت في بطارية ليثيوم أيون التقليدية. في بطارية الليثيوم-الهواء ، سيغير القطب الإيجابي الذي يحتوي على الليثيوم بعض السطح أثناء عملية الشحن ، وينمو بعض بنية تشبه الأشجار. إنه شجيري. هذه التشعبات خطيرة للغاية لأنها يمكن أن تشكل حلقة موصلة بين الأقطاب الإيجابية والسلبية لإنشاء ماسورة قصيرة. 
△ قطب كهربائي إيجابي بطارية ليثيوم ، بعد عدة عشرات من الدورات ، ينتج السطح بنية شجيرية
من أجل تقليل حدوث التشعبات ، استخدمنا غشاء عزل خاص. يتكون هذا الفاصل من طبقة من المواد التي تحتوي على العديد من المسام النانوية الصغيرة بما يكفي وتوزيعها بالتساوي عبر الغشاء للسماح بمرور أيونات الليثيوم وقمع الإنتاج الشجيري. بسبب وجود هذا الفاصل ، يظل الأنود ناعمًا بعد عدة مئات من دورات الشحن. إذا تم استخدام فاصل تقليدي ، فسيحدث dendrites بعد عدة دورات. إذا كنت تستخدم بوليمر زجاجي مع أيونات موصلة ، فسيكون التأثير أفضل. 
△ قطب كهربائي إيجابي بطارية الليثيوم ، بعد استخدام فيلم معزول النانو ، يظل السطح ناعمًا
2. لا يزال يتفاعل المنحل بالكهرباء المستخدمة حاليًا في المنحل بالكهرباء مع الأكسجين أو المركبات الأخرى المنتجة في دورة الشحن والتفريغ وبالتالي يتم استهلاكها. حتى الآن ، لم نعثر على أي مذيب مستقر بما يكفي للسماح لبطارية الليثيوم بالهواء بالدخول إلى المرحلة التجارية. 3. أثناء عملية الشحن ، قد تتفاعل أيونات الليثيوم مع القطب السلبي لإنتاج نترات الليثيوم. يتفاعل نترات الليثيوم أيضًا مع المنحل بالكهرباء ، ويستهلك المنحل بالكهرباء وإنتاج ثاني أكسيد الكربون. في الاختبار ، تتبعنا أيضًا كمية نترات الليثيوم المنتجة واتخذنا بعض التدابير لتقليل إنتاجها. ومع ذلك ، نظرًا لأن جهد الشحن المطلوب يجب أن يكون أعلى من الجهد التشغيلي للبطارية بمقدار 700 مليون فولت على الأقل. الجهد الزائد سوف يقلل من كفاءة الشحن للبطارية. لقد حاولنا تحويل الكربون إلى بعض أكاسيد المعادن الأخرى ، ولم تتغير النتائج كثيرًا. 4. المحفزات فيما يتعلق بما إذا كان سيتم استخدام المحفزات في بطاريات الهواء المعدنية أم لا ، فقد كانت هناك العديد من المناقشات بين الايجابيات والمعارضين. يمكن أن يؤدي استخدام المحفز إلى تقليل حدوث ظروف الضغط الزائد بشكل كبير ، لكن المحفز نفسه سيؤدي عمومًا إلى تسريع استهلاك المنحل بالكهرباء. في دراساتنا النظرية ، تكون طاقة التنشيط منخفضة جدًا في أكسدة الليثيوم وتقليلها. لذلك ، في بطاريات الهواء الليثيوم ، لا يكون المحفز ضروريًا. 5. إعداد الهواء على الرغم من أن البطارية تسمى بطارية هواء الليثيوم ، في الواقع نستخدم الأكسجين الجاف. يتم التركيز على "التجفيف" لأنه من الضروري فقط إزالة مكونات بخار الماء وثاني أكسيد الكربون في الهواء. لإنتاج مثل هذا الهواء في البطاريات التجارية ، هناك حاجة إلى نظام تنقية الهواء الخفيف والفعال والمستقر. من هذا المنظور ، قد يكون التطبيق العملي لبطاريات الهواء الليثيوم في الحافلات والشاحنات والمركبات الكبيرة الأخرى. فقط هذه المركبات الكبيرة يمكنها استيعاب معدات تنقية الهواء. لا تزال وحدة البطارية المستخدمة حاليًا للاختبار صغيرة الحجم ، وقطرها 76 مم وطولها 13 ملم ، وهو بعيد عن مستوى السيارات الكهربائية. لذا فإن إحدى أهم المهام التي يجب القيام بها هي كيفية صنع خلايا بطارية أكبر ، وحزمها وحزمها العديد من خلايا البطارية في حزمة بطارية واحدة ، ثم الحصول على نظام إدارة البطارية. نحن نختبر أيضًا بعض الأحجام المختلفة ، مثل 100 × 100 مم (قطر 100 مم ، طول 100 مم). في الوقت الحاضر ، لا يزال هذا المشروع في مرحلة العلوم الأساسية الأولية على المواد والتفاعلات الكيميائية ، ولكن النتائج التي تم الحصول عليها إيجابية. في دراستنا ، تكون كثافة الطاقة التي يمكن تحقيقها الآن هو التفاعل المؤكسد الليثيوم من 15 كيلو وات ساعة/كجم (باستخدام كاثود الكربون الخام ، 5700 مللي أمبير × 2.7 فولت/جم) ، وكثافة الطاقة في الخلية حوالي 800 واط/كجم . بطارية الهواء الصوديوم: كثافة منخفضة الطاقة ، ولكن في بطاريات الهواء المعدنية المستقرة ، هناك العديد من المعادن التي يمكن استخدامها ، بالإضافة إلى الليثيوم والصوديوم والبوتاسيوم. يكون رد الفعل العكسي لهذه المعادن أسهل ، وقد ثبت أن المعادن الأثقل نسبيًا مثل المغنيسيوم والألمنيوم والزنك والزنك ، وما إلى ذلك. معدن. تعتبر بطاريات الهواء الصوديوم مزيجًا آخر مثيرًا للاهتمام ، على الرغم من أن كثافة الطاقة التي يمكن تحقيقها أقل مقارنةً ببطاريات الليثيوم في الهواء ، لكن فوائدها أكثر استقرارًا. السبب في أن كثافة الطاقة منخفضة هو أن التفاعل الكيميائي المتولد يختلف. كما ذكر أعلاه ، في بطاريات الليثيوم في الهواء ، يتفاعل الليثيوم مع الأكسجين لإنتاج بيروكسيد الليثيوم (LI2O2) ، ولكن في بطاريات الهواء الصوديوم ، يتفاعل الصوديوم مع الأكسجين باستخدام إلكترون واحد فقط ، مما يؤدي إلى Superoxide Superoxide Superoxide. بدلا من بيروكسيد الصوديوم ، Na2O2. بالمقارنة ، يتم تقليل كثافة الطاقة التي يمكن أن تنتجها بطارية الهواء الصوديوم نظريًا بمقدار النصف ، ويبلغ الحد الأعلى النظري لكثافة الطاقة 1100 WH/kg. من ناحية أخرى ، تعد بطاريات الهواء الصوديوم أكثر كفاءة من بطاريات الهواء الليثيوم ، كما أن الجهد الزائد منخفض للغاية ، أقل من 20 مليون فولت (700 مليون فولت للليثيوم). في ضوء ذلك ، يمكن تخفيض الجهد العاملة لوحدة البطارية إلى 3V ، بحيث يمكن تقليل الاستهلاك الذاتي للمكونات الأخرى داخل البطارية كثيرًا ، مثل المنحل بالكهرباء. قمنا بقياسها بالتجربة وحصلنا عليها. هذا له ميزة مفادها أن ثبات البطارية مرتفع للغاية ، وأن سعة البطارية بالكاد تتغير بعد 50 دورة الشحن والتفريغ. هناك أيضًا بعض التحديات في الاستخدام التجاري لبطاريات الهواء الصوديوم. على سبيل المثال ، تستهلك بطارية الهواء الصوديوم ضعف أكبر قدر من الأكسجين مثل بطارية ليثيوم في الهواء استجابة لرد الفعل ، أي ما يعادل كمية الهواء المطلوب لإنتاج محرك مكبس من نفس الطاقة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن النشاط الكيميائي لمعادن الصوديوم مرتفع للغاية ، وسوف يتذكر الكثير من الناس المظاهرة التي قدمها مدرس الكيمياء في الفصل الدراسي في المدرسة الثانوية. يتم إلقاء قطعة صغيرة من الصوديوم في الماء ، وسيحدث تفاعل كيميائي عنيف. ومع ذلك ، الليثيوم هو معدن نادر وليس رخيص. لكن الصوديوم هو معدن شائع والتكلفة منخفضة للغاية. تكلفة المواد في نفس حجم بطارية الهواء الصوديوم أقل من عُشرها في بطاريات الليثيوم. على الرغم من أن بطاريات الليثيوم-الهواء سيكون لها أداء أفضل ، ولكن بالنظر إلى الاستقرار والتكلفة ، فإن بطارية الهواء الصوديوم التي ليست منخفضة مثل الطاقة ستكون خيارًا أفضل من البطارية الحالية إلى المستقبل. 0 مرات
window._bd_share_config = {"common": {"bdsnskey": {} ، "bdtext": "" ، "bdmini": "2" ، "bdminilist": false ، 0 "،" bdsize ":" 24 "} ،" share ": {} ،" Image ": {" ViewList ": [" QZone "،" Tsina "،" TQQ "،" Renren "،" Weixin "، "ViewText": "share to:" ، "eachingize": "16"} ، "selectshare": {"bdcontainerclass": null ، ، "Weixin"]}} ؛ مع (المستند) 0 [(getElementsByTagName ('head') [0] || body) .AppendChild (createElement ('script')). src = 'http: //bdimg.share. baidu.com/static/api/js/share.js؟v=89860593.js؟cdnversion= ' + ~ (-new Date ()/36e5)] ؛
( 0 )سلة الاستفسارات 
مسح لزيارة
