Toyota Develops World’s First Behavior Observation Method for Lithium Ions in Electrolyte
Eine Übersetzung und Zusammenfassung von Tim Schäfer / Envites Energy 26.11.2016 unter Verwendung von Grafiken aus der Quelle:
Methoden von TOYOTA zur Verbesserung von Li-Ionen-Batterien- Elektromobilität.
Funktionsprinzip einer (Li)-Ion „Swing“ Zelle
Li-Ionen-Batterie nutzen beispielhaft ein Metalloxid in der Kathode, ein Kohlenstoffmaterial in der Anode, und einen organischen Elektrolyten als Elektrolyten. Lithium-Ionen fließen durch den Elektrolyten vorn der Kathode zur Anode, wenn die Batterie geladen wird, umgekehrt beim entladen, dies führt zu einem elektrischen Stromfluss. Die Li-Ionen im Elektrolyten spielen eine wichtige Rolle.
Structure and Principles of an Automotive Li-ion Battery
Es ist bekannt, dass Li-Ionen-Abweichungen in den Elektroden und Elektrolyten als Folge des Ladens und Entladens auftreten, und es wurde angenommen, dass diese Abweichungen den Einsatzbereich von Batterien begrenzen. Was ein Faktor ist, der den Bereich verringert, in dem die maximale Leistung erreicht oder der Batterie erreicht werden kann.
Bei der Untersuchung des Mechanismus der Li-Ionen-Abweichung war jedoch die Bestätigung des Verhaltens von Li-Ionen in dem Elektrolyten unter derselben Umgebung und Bedingungen, wie sie in verwandten Produkten verwendet werden, unter Verwendung existierender Verfahren nicht möglich.
Condition While Discharging
Die beiden wichtigsten Merkmale der Beobachtungsmethoden, die Toyota entwickelte, um dieses Problem zu lösen, sind wie folgt:
- Die Toyota Beamline in der SPring-8-Synchrotron-Strahlungsanlage, die die weltweit leistungsstärkste Synchrotronstrahlung erzeugt, erzeugt Röntgenstrahlen hoher Intensität, die etwa 1 Milliarde Mal stärker sind als die eines Röntgengeräts. Dies ermöglicht es, 0,65 Mikrometer / Pixel hochauflösende und 100 ms / Rahmen-Hochgeschwindigkeitsmessungen zu erzeugen.
- Anstelle des Elektrolyten mit Phosphor, der in vielen Li-Ionen-Batterien verwendet wird, wird stattdessen ein neuer Elektrolyt mit schweren Elementen verwendet, wodurch die Phosphor-enthaltenden Ionen, die die Li-Ionen binden, dadurch ersetzt werden, wie sie sich im Elektrolyten mit schweren Stoffen bewegen Element enthaltenden Ionen. Schwere Elemente übertragen weniger Röntgenstrahlen als Phosphor, und die Schatten auf den Bildern, die nach Durchlaufen der Röntgenstrahlen aufgenommen wurden, sind dunkler. Durch Beobachten des Verhaltens der Schwerelemente ist es möglich, das Abweichungsverhalten der an den Elektrolyten gebundenen Li-Ionen zu beobachten.
Newly-Developed Observation Method
Unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens und einer Batterie, die ähnlich zu der von verwandten Produkten wie einer laminierten Zelle unter der Umgebung ist, und Bedingungen, die denen des tatsächlichen Batterieverbrauch ähneln, ist es möglich, in Echtzeit zu beobachten, dass der Prozess der Li-Abweichung sich zeigt. Die in Elektrolyten während des Lade- und Entladungsvorgangs des Akkumulators auftritt. Diese Beobachtungsmethode wurde gemeinsam von Toyota Central R & D Labs, Inc., Nippon Soken, Inc., und vier Universitäten entwickelt.
Li-ion Deviation in Electrolyte During Battery Discharge
Toyota wird das Verhalten von Li-Ionen, die durch Unterschiede in den Materialien und Strukturen von Kathoden, Anoden, Separatoren und Elektrolyten verursacht werden, sowie die Unterschiede in der Batteriekontrolle beobachten.
Das Analysieren der Mechanismen, die eine Verschlechterung der Batterieleistung verursachen, führt zu F & E, die dazu beitragen können, die Leistung und Haltbarkeit der Batterien zu verbessern, wodurch eine längere Batterielebensdauer und längere Fahrbereiche erzielt werden.