将全固体锂电池高用量化、多孔构造的硅负极膜

作为因身为下一代电池而被期待的全固体锂电池的高容量化做出贡献的技术,物质·材料研究机构发表了导入了纳米多孔结构的非晶·硅负极膜可以稳定并且高容量工作的情况。

物质·材料研究机构(NIMS)开发并发表了导入了面向全固体锂电池的纳米多孔结构的非晶硅负极膜。其能够稳定且高容量地工作,据说是有助于全固体锂电池的高性能化的成果。

硅作为负极材料的理论容量密度为4200mAh/g(毫安培小时每克),体积容量密度为2370mAh/cm3(毫安培小时每立方厘米),这些值比起现在的石墨负极,其重量容量密度约为11倍,体积容量密度约为3倍,非常大。因此,如果能实现将其作为电动汽车用电池的负极材料,则续航距离的大幅度衍生或将成为可能。

通过在氦气气氛中进行溅射制膜而得到的纳米多孔非晶·硅负极膜的截面透射电子显微镜图像  数据来源:NIMS

但是,硅的体积随着充放电时的锂的出入而大幅变化,因此存在因反复充放电而容易损坏、容量降低的问题。另外,由于每次充电时液体的电解质会在硅表面被分解,因此容量降低的问题更加显著。因此,开发出难以因为充放电而损坏的硅,以及在硅表面不被分解的电解质内的稳定动作的证实受到强烈期待。

因此,NIMS采用以体积变化比结晶硅更强的非晶硅作为母材,在其中采用导入了纳米多孔结构的硅负极膜。进一步,通过组合在硅表面不发生分解的固体电解质来代替液体的电解质,即使反复进行100次充放电,也几乎不会引起容量的降低。

与每单位面积的容量大致相同的非晶硅无孔膜相比,在无孔膜中循环100次后失去53%的容量,与此相对,在纳米多孔膜中维持93%的容量。虽然到现在为止还报道了提高硅负极的循环寿命的尝试,但将材料过度微粒化的结果,大多是每单位面积重量的容量较小。与此相对,在本次的方法中,显示了2.3mAh/cm2(毫安培小时每平方厘米)和实用的单位面积容量的硅负极,在以3000mAh/g和接近理论值的高容量密度进行工作的状态下,成功地抑制了容量的降低。

研究组认为本次的成果是“高容量的硅负极在全固体电池内稳定地进行工作,因此在能量密度这点上,超过现行锂离子电池的可能性也扩大了”。不仅是电动汽车用的电池,也期待其能大幅度地提高面向可再生能源电源的蓄电池系统或家庭用蓄电池的性能。

另外,该研究的进行接受了新能量·产业技术综合开发机构(NEDO)“锂离子电池应用·实用化前端技术开发事业(P12003)”的赞助。

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下载文件链接:物质材料研究机构(NIMS)公司相关专利

丰田的燃料电池巴士上线:客车将率先打开新技术大门?

丰田开发出了燃料电池巴士(FC巴士)“SORA”,并在日本获得了首个类型认证并开始销售。日本政府正致力于向世界推广“氢气社会”,未来该车型的量产版预计将在2020年东京奥运会及残奥会前投入运营,总数量将超过100台。

相对于传统厢式巴士,Sora的外观更加的立体,更加的富有高科技风格。Mirai的燃料电池,LED灯源的前灯和尾灯,8个高清摄像头,超过10个高压氢罐,这个设计是公交车史上前所未有的突破。

Sora配备两个Mirai的燃料电池,单个输出功率可达114 kW,用于为车上的两台113 kW交流同步电机提供电力,并且只排放水,没有二次污染。10个氢燃料罐能够在70MPa的压强下容纳600升氢燃料,这让Sora的续航里程高达200km,可以媲美传统动力客车。

Sora是日本第一个在车内外安装8个高清摄像头的公共汽车,与之搭配的是视野辅助摄像头系统,一旦检测到公交车内部和周围的突发情况,驾驶员都会通过液晶显示屏收到图像和声音的警告,减少因车体高大造成的视觉盲区,提高安全性。

Sora还首个采用了加速控制功能以保证任何时候都能平稳加速,它还是日本首个使用自动到达控制系统的公交车,能智能探测道路标志线,自动控制汽车在公交站台位置刹车。

搭载量方面,这款全长10.5米的巴士能容纳79人(22个座位+56个站位,外加一名司机)。值得一提的是,车内装配了可以折叠的水平座椅,在不使用时可将其折叠,为婴儿车或者轮椅提供空间。 继续阅读“丰田的燃料电池巴士上线:客车将率先打开新技术大门?”

15分钟内充满80%,日本电产公司发布新超级充电系统

 

当今各汽车厂商都在为了延长行驶距离而扩大电动汽车电池的容量,而且要求在更短的时间内实现快速充电。

日本电产的子公司日本电产ASI与2018年6月5日发布新闻,宣告其成功开发出面向电动汽车的超快速充电系统“Ultra fast charger”。现在市面上的超快速充电一般为30分钟左右充满80%的电量,但该新研发的系统可以在15分钟内充满80%。

图中左侧的即为面向电动汽车的超快速充电系统“Ultra fast charger”

除了可以让用户更快捷充电,还可减少对电网的压力,减轻EV普及后的停电的风险。

“Ultra fast charger”可以在已有的充电网和充电桩之间充当缓冲系统。由容量为160KWh的蓄电池和电量控制系统组成,可与低中压的已有的充电网直连。以320KW的功率对EV进行充电时电网的负荷也仅有50KW。此外,可以将充电网之外的太阳能发电等可再生能源所产生的电力充电到EV中,也可以逆向从EV向充电网充电。

日本电产ASI(曾用名 AnsaldoSistemi Industriali)于2012年6月并入日本电产旗下。在电力能源领域拥有160年的历史,本社在意大利。

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东芝电池新技术 单位体积的容量/功率提升20%

近日,东芝发表了其最新锂离子电池新技术,相同体积下,其容量/功率提升了20%。

技术要点是将重要部件的绝缘膜变薄使电池小型化,提升了单位体积的性能的同时,绝缘膜的制造成本也得以减半。

东芝计划在2019年将该技术量产,应用在汽车用电池以及可再生能源领域。锂离子电池一般由薄膜状的电极或绝缘膜卷绕制成,电极之间的绝缘膜构造为多层状。东芝的新技术中,其将树脂纤维附着在电极的两面当做绝缘膜。厚度不足10微米,低于传统厚度的50%。

经过测定,采用新结构的电池其单位体积的容量提升了25%,输出提升了20%,原因是绝缘膜的厚度减少,锂离子可以更活跃地发生反应。充放电8000次其容量仍然可以保持95%,耐久性非常优异。

东芝计划该技术用于“SCiB”产品的改良上,将会用作车用电池首先在印度搭载到铃木的相关车型上。预计新技术将会应用在广泛的负极材料中。

绝缘膜基本会占到锂离子电池整体成本的20%左右,电池价格降低的话,会促进电动汽车和可再生能源的普及。

 

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下载文件链接:11件东芝专利