mine模拟器_美国阿贡国家实验室Khalil Amine：锂离子电池的一些进展

感谢欧阳教授对我的介绍今天，我想和大家分享一些能源方面的进展，包括锂离子电池等。

让我们先看看这一页。它向我们展示了2015年人类行为的能量流。除了运输，我们看到运输实际上是唯一依赖一个能源供应链的主要行业。电是多种能源的统一能源载体，所以事实上我们在运输中浪费了一半的能源，这是不可持续的。

在美国，我们看到70%的化石燃料用于运输，85%的化石燃料消耗用于道路上的汽车。同时，我们看到交通是美国家庭支出的第二大项目，最大的项目当然是住房。我们还需要实现更多的电气化和更多的减排努力。与此同时，毫无疑问，交通运输现在是电气化的世界领导者。中国占全球电动汽车产量的一半，而包括欧盟和中国在内的绝大多数地区，我们都看到电气化目标将在2020年前实现。

目前，我们看到中国的传统汽车和电动汽车正在携手并进。在美国，我们也看到货币政策集团的比例相对低于其他两个主要经济体，即中国和欧盟。这是我们在彭博新闻上看到的一项研究。在彭博新闻中，他们做了一项关于新能源的研究，主要集中在新能源基金上。我们看到中国领先于世界。蓝色代表美国，绿色代表欧洲，深绿色代表世界其他地区，因此我们可以看到中国对新能源的投资增长越来越快，其规模也是世界上最大的。然而，如果我们看看成本，这仍然是一个重大挑战，以进一步增加我们的电气化进程。同时，我们也可以看到，美国在这方面做了很多努力。

让我们从成本的角度来看。目前，进一步电气化主要是从成本角度进行的。从成本的角度来看，我们预测，现有的项目仍然是我们预测成本的两倍。同时，我们也看到近期一些目标主要是希望成本能达到125美元/千瓦时。同时，从长期目标成本的角度来看，我们希望将其降至80-100美元/千瓦时。同时，从这里我们可以看到，如果我们继续提高电池的能量密度，同时降低成本，我们的前景非常明朗。例如，左边显示的是一些现有的数据，如电动汽车的电池，通常为23千瓦小时，125升等。从这个角度来看，我们可以大大缩小它的规模。此外，我们需要完全稳定电解液的电压。例如，如果我们能达到4.7V的电压，我们就能在下一代技术中实现非常显著的改进。

从阳极的角度来看，今天的技术实际上主要是基于石墨。在350毫安时/克的密度下，下一代能达到1000毫安时/克吗？从阴极的角度来看，目前的技术主要是170 mah/g，下一代有望达到250-300 mah/g。从新的高能应急的角度来看，我们开发了一种新的技术，称为FCG，即全密度梯度锂离子。从这个角度来看，你会看到镍离子出现在表面层，由此你可以获得锰带来的稳定性和镍带来的良好导电性。从这里可以看出，如果镍被还原而锰被增加，电池的效率可以在这里被有效地提高。我们也可以选择分离锰和镍，这样我们就可以控制这两种金属的密度。接下来我们还可以看看绿色是镍，橙色是混合，红色是锰，这可能是从结构空间分布的角度，他们三个是如何分布的

我们可以看看FCG和NMC之间的比较，在第一个图中是6: 2: 2，密度是2.5g/CC。如果你看上面的图表，你会发现主要的粒子是球形的。同时，从锂迁移的角度来看，它主要是粒子边界。我们可以看到，在低电压下锂的提取程度不是很高。下图显示了具有梯度组成的致密棒状结构。在右下角，该图介绍了杆状结构的分层和平行度。在低电压下，锂的去除速度较快，去除程度较彻底。

这里，我们还做了第一个电荷的比较，即FCG811和FCG622之间的比较。我们可以在右图中看到，从放电容量的角度来看，我们可以实现密度为225毫安时/克的比电压。同时，我们可以看到，由于独特的形态，从层化到一次离子，FCG622可以在4.3V的电压下实现刚才提到的225毫安时/克的首次充电容量我们可以看到这里有许多金属可以给我们带来好的效果。例如，硅是一种低成本金属。同时，它也为我们提供了一些基于最佳体积角的密度性能。与其他金属相比，从应用的角度来看，我们可以看到硅实际上是一种非常有前途的候选金属。我们还可以看到，通过实际增加阳极的电容，可以有效地增加电池的能量。也就是说，通过这种非碳阳极材料、锂离子和储能金属的结合，我们可以实现非碳阳极材料的新组合从以下数据来看，我们可以看到一些非常低负载下的数据，这些数据似乎与实际负载有很大差距。然而，我们获得的一些数字仍然相当令人满意，因此在美国的阿尔贡国家实验室中，我们正在努力寻找一些机会来促进大规模发展。主要以硅和碳为主要阳极材料，我们知道这里介绍的材料主要是硅片上的材料。它的成本已经工业化很长时间了，所以它是非常低和高毒性的，所以它是一种非常危险的材料。当然，在实际使用中，为了避免中毒，一些传感器经常被用来高精度地检测它。同时，我们可以考虑在晶片上使用材料，主要是基于高能石墨烯的阳极材料，加上一定量的氢气，所以我们可以看到三氯氢硅可以制备硅和氯化氢，同时我们也可以看到这种材料带来了很强的效率提高，达到80%这是很多半导体企业，他们在自己的实际硅集成过程中是如何做的，在这个过程中，他们采用工业生产，包括生产槽等方法，通过化学反应，在降低成本的基础上完成硅技术的集成在阿尔贡国家实验室的网站上，你可以下载一些相关的信息，其中许多是公开的。同时，我们看到，从锂离子的角度来看，硅基阳极材料和高容量阴极可以为电池系统提供一种相对中等风险的方式。可以实现的是小于125千瓦时的电池功率，如果同时使用一些预燃烧技术，系统成本可以降低到1000美元/千瓦时，因为时间有限，我们还有一些新项目，但是我们没有时间向您介绍它们。

在两种材料之间增加了薄膜状结构，以更好地改善其性能如果我们再看看硫电池，硫也是一种用于电池的新材料。我想谈谈硫电池的内容。硫非常具有挑战性，因为它有很强的容量，同时有两个电子。从这个角度来看，它可以帮助我们以双重方式满足现有的需求。但是，我们也知道硫磺每吨只需100美元，成本很低，但也存在很多问题。首先，它是导电的，例如，它是非导电的，你需要掺入碳，同时会有80%体积的水肿，从设计的角度来看，需要考虑这一点

此外，我们还需要考虑到硫材料有一些自放电，这也是一个多年来没有完全解决的问题。此外，从阴极的角度来看，将会有体积变化，大量的碳将用于实现有效的传导。但是我们决定使用新的脱硫系统来确保导电性。为什么？由于其导电性，其导电效率更高另一个是它具有更好的能量密度和高导电性。另一个是它具有高活性物质负载，并能确保高体积能量密度。此外，它在许多日用化学品中有许多应用，主要是由于它的性质。另外，它还有价格优势。由于这些原因，我们使用硫分析系统来确保导电性。这是一个总体结果比较。如果我们使用不同化学结果的硫分析系统，最终重量比是多少？如果我们看右边的区间，它们是不同的。我们所做的是用ANL电解液进行电化学反应，所以最终我们发现在这种电解液中没有真正的分解和溶解。此外，我们的实验室还希望确保我们能够在更多电解质溶液中获得更高的化学验证结果。这是我给你看的2D等高线图。在这张地图中，我们发现实际上边缘的位置没有明显的偏差。这两个图中有许多峰值，左侧有多个恢复峰值，右侧只有一个峰值。图表中还显示了具体数据。在这种情况下，我们可以实现更高的充电速率，例如，在2C的情况下，我们可以实现非常高的充电速率。我们希望这项技术能够得到进一步的推广和应用。

下面我想做一个总结，不知道我有没有观察到时间综上所述，汽车电气化是未来的一大趋势，但发展速度相对较慢。我们发现目前的成本也是一个很高的因素，所以我们需要降低成本。有时成本可能高达3万到4万美元，所以成本现在是一个主要障碍。我们会发现它阻碍了电动汽车的大规模商业化。为了解决这个问题，我们开发并实现了一个增加电池能量的系统。举个例子，第一个是我们新的高能锂离子系统，另一个是我刚刚介绍给你们的硫分析系统。作为一种导电材料，它能更有效地消除电解质的溶解和穿梭效应。谢谢！