Mengapa kita harus membidik 800 kilometer? Karena nilai ini adalah nilai yang diharapkan tertinggi untuk kisaran jelajah kebanyakan orang, jika kisaran jelajah kendaraan listrik tidak dapat mencapai 800 kilometer, dan biayanya dapat diterima oleh kebanyakan orang, kendaraan listrik akan memiliki lebih sedikit popularitas. Jadi, kami menetapkan nilai ini ke tujuan proyek Battery 500 kami. Proyek ini dimulai pada tahun 2009 dan didominasi oleh Pusat Penelitian Almaden. Sejak itu, IBM telah melakukan penelitian ini dengan sejumlah mitra bisnis dan lembaga penelitian dari Eropa, Asia, dan Amerika Serikat. Proyek Battery 500 didasarkan pada teknologi logam-udara. Dibandingkan dengan baterai lithium, baterai logam-udara memiliki lebih banyak energi per unit massa. Penelitian proyek masih membutuhkan waktu beberapa tahun untuk dikomersialkan. Tetapi selama tujuh tahun percobaan ini, kita dapat berpikir bahwa baterai logam-udara di masa depan memang berguna dalam kendaraan listrik. Mengapa baterai logam-udara? Mengambil baterai lithium-air sebagai contoh, untuk memahami masalah ini, mari kita lihat perbedaan antara baterai lithium-ion (sekarang baterai lithium umum) dan baterai lithium-air. Gambar di bawah ini menunjukkan keadaan internal baterai selama pengisian dan pelepasan baterai ion lithium. Dalam baterai ion lithium konvensional, elektroda positif adalah karbon, dan elektroda negatif terdiri dari berbagai oksida logam transisi seperti kobalt, nikel, mangan, dan sejenisnya. Kedua elektroda direndam dalam elektrolit di mana garam lithium dilarutkan. Selama pengisian daya dan pelepasan, ion lithium bergerak dari satu elektroda ke elektroda lainnya. Arah pergerakan berbeda tergantung pada apakah baterai diisi atau dikeluarkan tergantung pada keadaan baterai. Pada saat pengisian dan pelepasan, ion lithium akhirnya tertanam di lapisan atom dari bahan elektroda, dan dengan demikian kapasitas baterai akhir tergantung pada berapa banyak bahan yang dapat mengakomodasi ion lithium, yaitu, ditentukan oleh volume dan kualitas dari elektroda. 
△ Proses Pengisian Baterai Lithium-Ion dan Proses Pembuangan
Baterai lithium-air bervariasi. Pada baterai logam-udara, reaksi elektrokimia terjadi. Selama proses pelepasan, elektroda positif yang mengandung lithium melepaskan ion lithium, dan ion lithium bergerak ke arah elektroda negatif dan bereaksi dengan oksigen pada permukaan elektroda negatif untuk membentuk lithium peroksida (Li 2 O 2). Ion lithium, elektron dan oksigen bereaksi pada permukaan elektroda negatif yang dibentuk oleh karbon berpori, karena reaksi kimia tidak terjadi pada elektroda negatif, dan ion lithium bukanlah bahan elektroda negatif. Oleh karena itu, kapasitas baterai dan volume atau massa bahan elektroda negatif tidak terlalu tinggi. Hubungan besar, selama ada luas permukaan yang cukup. Dengan kata lain, kapasitas baterai lithium-air tidak ditentukan oleh volume dan kualitas elektroda, tetapi luas permukaan elektroda. Inilah sebabnya mengapa dalam baterai lithium-air, elektroda massa kecil juga dapat menyimpan sejumlah besar energi, menghasilkan kepadatan energi yang lebih tinggi. 
△ Proses Pengisian Baterai Lithium-Air dan Pelepasan
Tentu saja, selain kepadatan energi, biaya juga merupakan pertimbangan penting. Harga baterai saat ini berada di kisaran 200-300 dolar AS / kWh, jika Anda dapat menjalankan 5-6 km per kWh, 800 km membutuhkan baterai 150 kWh, Anda membutuhkan 30.000-4,5 juta. Mobil Seri BMW 2 hanya membutuhkan $ 33.000. Karena itu, jika Anda ingin produksi massal, harga per kWh harus turun di bawah $ 100. Masalah apa yang harus saya selesaikan untuk komersialisasi baterai lithium-air? Ketika lithium dan oksigen hanya mengalami reaksi redoks, kepadatan energi maksimum teoritis yang dapat diproduksi adalah 3.460 WH/kg. Selain dari bagian sel yang tidak mengalami reaksi kimia, nilai kepadatan energi yang pada akhirnya dapat dicapai juga sangat diinginkan. Tentu saja, Anda juga akan menghadapi masalah. Proses pengisian baterai lithium-air mirip dengan baterai ion lithium konvensional, selama ditekan secara eksternal. Perbedaannya adalah bahwa dalam baterai lithium-air, ketika ada tegangan eksternal, struktur lithium peroksida dihancurkan, dan dikurangi menjadi ion oksigen dan lithium, dan ion lithium dikembalikan ke elektroda positif. Baterai lithium-air, seperti baterai lithium tradisional, memiliki lebih banyak siklus pengisian dan pelepasan dan memiliki lebih banyak efek samping di dalam baterai. Efek samping ini sangat mendasar bagi produksi massal dan bahkan komersialisasi. Untuk memahami efek dari efek samping ini pada baterai, kami menggunakan spektrometer massa elektrokimia di pusat penelitian untuk secara akurat mengukur jumlah gas yang dikonsumsi dan diproduksi selama setiap siklus pengisian dan pelepasan. Akibatnya, masalah telah ditemukan: baterai lithium-air memancarkan lebih sedikit oksigen selama pengisian daripada oksigen yang dikonsumsi selama pelepasan. (Dalam tes, oksigen kering digunakan sebagai ganti udara.) 
△ Spektrometer Massa Elektrokimia Pusat Penelitian IBM (: IBM)
Dalam sel baterai yang ideal, oksigen yang dikonsumsi selama pelepasan sama dengan massa oksigen yang dilepaskan selama pengisian daya. Tetapi penelitian ini menemukan bahwa jumlah oksigen yang dilepaskan lebih sedikit, yang berarti bahwa oksigen yang tidak dilepaskan cenderung bereaksi dengan komponen dalam unit baterai, seperti mencair ke dalam elektrolit, baterai ada di dalam. Konsumsi. Di laboratorium IBM lain di Zurich, kami melakukan percobaan baru untuk melacak dan mengkomputerisasi reaksi kimia yang merusak diri sendiri ini. Akhirnya, alasannya ditemukan pada elektrolit organik. Lalu kami mempelajari masalah ini. Di unit baterai terbaru, setelah menggunakan elektrolit baru, ia dapat melepaskan sebagian besar oksigen yang diserap selama pelepasan. Selain itu, kami juga melacak konsumsi dan produksi hidrogen dan air selama pengisian dan pelepasan, karena keberadaan kedua zat ini berarti bahwa ada kemungkinan setidaknya satu reaksi kimia konsumsi diri di dalam baterai. Unit baterai kami saat ini telah mampu mencapai 200 siklus pengisian dan pelepasan, meskipun ini adalah untuk membuat proses pengisian yang sebenarnya jauh lebih sedikit daripada maksimum teoritis. Selain masalah ini, kami memiliki beberapa temuan utama tentang berbagai komponen baterai lithium-air: 1. Elektroda positif berbeda dari elektroda positif yang terbuat dari grafit dalam baterai ion lithium tradisional. Dalam baterai lithium-air, elektroda positif yang mengandung lithium akan mengubah beberapa permukaan selama proses pengisian, dan beberapa struktur seperti lumut atau seperti pohon tumbuh. Itu adalah dendrit. Dendrit ini sangat berbahaya karena dapat membentuk lingkaran konduktif antara elektroda positif dan negatif untuk membuat sirkuit pendek. 
△ Lithium-Air Baterai Elektroda positif, setelah beberapa puluh siklus, permukaan menghasilkan struktur dendritik
Untuk mengurangi terjadinya dendrit, kami menggunakan membran isolasi khusus. Pemisah ini terdiri dari lapisan material yang mengandung banyak pori -pori skala nano yang cukup kecil dan didistribusikan secara merata melintasi membran untuk memungkinkan lewatnya ion lithium dan untuk menekan produksi dendritik. Karena keberadaan pemisah ini, anoda tetap halus setelah beberapa ratus siklus pengisian daya. Jika pemisah tradisional digunakan, dendrit akan terjadi setelah beberapa siklus. Jika Anda menggunakan polimer kaca dengan ion konduktif, efeknya akan lebih baik. 
△ Lithium-Air Baterai Elektroda positif, setelah menggunakan film nano-isolasi, permukaan tetap halus
2. Elektrolit yang saat ini digunakan dalam elektrolit masih bereaksi dengan oksigen atau senyawa lain yang diproduksi dalam siklus muatan dan pelepasan dan dengan demikian dikonsumsi. Sejauh ini, kami belum menemukan pelarut yang cukup stabil untuk memungkinkan baterai lithium-air untuk memasuki tahap komersial. 3. Selama proses pengisian, ion lithium dapat bereaksi dengan elektroda negatif untuk menghasilkan lithium nitrat. Lithium nitrat juga bereaksi dengan elektrolit, mengonsumsi elektrolit dan memproduksi karbon dioksida. Dalam pengujian, kami juga melacak jumlah lithium nitrat yang diproduksi dan mengambil beberapa langkah untuk mengurangi produksinya. Namun, karena tegangan pengisian yang diperlukan harus lebih tinggi dari tegangan operasi baterai setidaknya 700mV. Tegangan berlebih akan mengurangi efisiensi pengisian baterai. Kami telah mencoba mengubah karbon menjadi beberapa oksida logam lainnya, dan hasilnya tidak banyak berubah. 4. Katalis mengenai apakah akan menggunakan katalis dalam baterai logam-udara, ada banyak perdebatan antara pro dan lawan. Penggunaan katalis dapat secara signifikan mengurangi terjadinya kondisi tekanan berlebih, tetapi katalis yang sama umumnya juga akan mempercepat konsumsi elektrolit. Dalam studi teoritis kami, energi aktivasi sangat rendah dalam oksidasi dan pengurangan lithium. Oleh karena itu, dalam baterai lithium-air, katalis tidak diperlukan. 5. Persiapan Udara Meskipun baterai disebut baterai udara lithium, bahkan kami menggunakan oksigen kering. Penekanan ditempatkan pada "pengeringan" karena hanya perlu untuk menghilangkan komponen uap air dan karbon dioksida di udara. Untuk memproduksi udara seperti itu dalam baterai komersial, diperlukan sistem pemurnian udara yang ringan, efisien, dan stabil. Dari perspektif ini, aplikasi praktis baterai lithium-air mungkin ada di bus, truk, dan kendaraan besar lainnya. Hanya kendaraan besar ini yang dapat mengakomodasi peralatan pemurnian udara. Unit baterai yang saat ini digunakan untuk pengujian masih berukuran kecil, berdiameter 76 mm dan panjang 13 mm, yang jauh dari cukup untuk standar kendaraan listrik. Jadi salah satu tugas terpenting yang perlu dilakukan adalah cara membuat sel baterai yang lebih besar, mengemas dan mengemas banyak sel baterai ke dalam satu paket baterai, dan kemudian memiliki sistem manajemen baterai. Kami juga menguji beberapa ukuran yang berbeda, seperti 100 x 100mm (diameter 100mm, panjang 100mm). Saat ini, proyek ini masih dalam tahap sains dasar awal tentang material dan reaksi kimia, tetapi hasil yang diperoleh positif. Dalam penelitian kami, kepadatan energi yang sekarang dapat dicapai adalah reaksi lithium oksidoreduktif 15 kWh/kg (menggunakan katoda karbon mentah, 5700 mAh x 2,7 v/g), dan kepadatan energi dalam sel sekitar 800 WH/kg . Baterai Sodium-Air: Kepadatan energi rendah, tetapi pada baterai logam-udara yang stabil, ada banyak logam yang dapat digunakan, selain lithium, natrium dan kalium. Reaksi terbalik dari logam -logam ini lebih mudah, dan logam yang relatif lebih berat seperti magnesium, aluminium, seng, zat besi, dll. Telah terbukti sulit diisi ulang, sehingga proyek baterai 500 memilih untuk mempelajari lithium dan natrium. logam. Baterai Sodium-Air adalah kombinasi menarik lainnya, meskipun kepadatan energi yang dapat dicapai lebih rendah dibandingkan dengan baterai lithium-air, tetapi manfaatnya lebih stabil. Alasan mengapa kepadatan energi rendah adalah bahwa reaksi kimia yang dihasilkan berbeda. Seperti disebutkan di atas, dalam baterai lithium-air, lithium bereaksi dengan oksigen untuk menghasilkan lithium peroksida (LI2O2), tetapi pada baterai natrium-udara, natrium bereaksi dengan oksigen hanya menggunakan satu elektron, menghasilkan natrium superoksida NaO2. Bukannya natrium peroksida, Na2O2. Sebagai perbandingan, kepadatan energi yang dapat dihasilkan oleh baterai natrium-udara secara teoritis dikurangi hingga setengahnya, dan batasan atas kepadatan energi teoretis adalah 1100 WH/kg. Di sisi lain, baterai sodium-air lebih efisien daripada baterai lithium-air, dan tegangan berlebih cukup rendah, kurang dari 20mV (700mV untuk lithium). Mengingat hal ini, tegangan operasi unit baterai dapat dikurangi menjadi 3V, sehingga konsumsi diri komponen lain di dalam baterai dapat dikurangi banyak, seperti elektrolit. Kami mengukurnya dengan percobaan dan diverifikasi. Ini memiliki keuntungan bahwa stabilitas baterai cukup tinggi, dan kapasitas baterai hampir tidak berubah setelah 50 siklus pengisian daya dan pelepasan. Ada juga beberapa tantangan dalam penggunaan komersial baterai sodium-air. Misalnya, baterai sodium-air mengkonsumsi oksigen dua kali lebih banyak daripada baterai lithium-air sebagai respons terhadap reaksi, setara dengan jumlah udara yang dibutuhkan untuk menghasilkan mesin piston dengan tenaga yang sama. Selain itu, aktivitas kimia logam natrium cukup tinggi, dan banyak orang akan mengingat demonstrasi yang dibuat oleh guru kimia di kelas sekolah menengah. Sepotong kecil natrium dilemparkan ke dalam air, dan reaksi kimia yang kejam akan terjadi. Namun, lithium adalah logam langka dan tidak murah. Tetapi natrium adalah logam umum dan biayanya sangat rendah. Biaya bahan dalam baterai natrium-udara ukuran yang sama kurang dari sepersepuluh di baterai lithium-air. Meskipun dalam jangka panjang, baterai lithium-air akan memiliki kinerja yang lebih baik, tetapi mengingat stabilitas dan biaya, baterai natrium-udara yang tidak serendah energi akan menjadi pilihan yang lebih baik dari baterai saat ini ke masa depan. 0 kali
Window._bd_share_config = {"common": {"bdsnskey": {}, "bdtext": "", "bdmini": "2", "bdminilist": false, "bdpic": "", "bdstyle": " 0 "," bdSize ":" 24 "}," share ": {}," image ": {" viewlist ": [" qzone "," tsina "," tqq "," renren "," weixin "], "ViewText": "Bagikan ke:", "Viewsize": "16"}, "SelectShare": {"BdcontainerClass": null, "bdselectminilist": ["qzone", "tsina", "tqq", "renren" , "weixin"]}}; dengan (dokumen) 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)];
