Zachránia elektromobily svet? RNDr. Andrea Fedorková, PhD.

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Zachránia elektromobily svet? RNDr. Andrea Fedorková, PhD."

Petra Kadlecová
před 7 lety
Počet zobrazení:

1 Zachránia elektromobily svet? RNDr. Andrea Fedorková, PhD. 1

2 Prečo práve alternatívne druhy pohonu??? Vývoj za posledných 10 rokov: 500 miliónov 900 miliónov 1% iný ako spaľovací motor Rok ,9 miliardy automobilov!!!!!! 2

3 3

4 Smog, prach Hluk Emisie CO 2, CO, Oxidy N Skleníkový efekt Emisie SO 2 Kyslé dažde 4

5 Alternatívne druhy pohonu Li batérie 1. Li primárne články 2. Li-iónové batérie sekundárne články 3. Li-air 4. Li-polymér Superkapacitory Palivové články 5

6 Lítium Lítium najľahší kov na svete Pri reakcii s vodou dochádza k uvoľneniu plynného vodíka Pláva na vode aj liehu Uchováva sa v inertnej atmosfére Má silné redukčné účinky 6

7 Lítiové batérie Lítiové batérie primárne články Nedajú sa dobíjať jednorazové použitie Anódu tvorí kovové Li Neobsahujú ťažké kovy ako Co a Ni 7

8 Primárny Li článok Lítium Separátor Katóda Vodivá sieťka - + 8

9 Li-iónové batérie - akumulátory Katóda: LiCoO 2 Li 1-x CoO 2 + xli + + xe - Anóda: xli + + xe - + 6C Li X C 6 9

Li-iónové batérie - akumulátory Neobsahujú kovové lítium Anóda grafit Katódu tvoria zlúčeniny ťažkých kovov najpoužívanejší je LiCoO 2 Elektrolytom

10 Li-iónové batérie - akumulátory Neobsahujú kovové lítium Anóda grafit Katódu tvoria zlúčeniny ťažkých kovov najpoužívanejší je LiCoO 2 Elektrolytom je organické rozpúšťadlo toxické a horľavé + ióny Li + Životnosť približne cyklov Pokles kapacity o 20% za rok pri pracovnej teplote 25 C 10

11 Li-iónové batérie - akumulátory Životnosť akumulátora závisí hlavne od teploty Pri 0 C strata 6% kapacity za rok Pri 40 C strata 35% za rok Uskladnenie v chlade pri nabití 40%-60% 11

12 Katódové materiály 12

13 Katódové materiály 2D a 3D Li 2 FePO 4 F Li 2 FeSiO 4 Li 2 CoSiO 4 Li 2 (Mn,Co,Fe)P 2 O 7 Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 /C Li 3.1 Mn 0.91 Cr 1.09 O 4 Li 2 Ga 2 GeS 6 13

14 Anódové materiály LiCoO 2 Uhlík - grafén 14

15 Anódové materiály Si nanovlákna Si nanovlákna s Li 15

16 Duté častice uhlíka obsahujúce Sn Kremíkové nanovlákna 16

17 Nanoplatne kremíka alebo kremičitanov (Ni, Cu) SILX nanoštrukturovaná zlúčenina Si a Cu 17

18 Základný výskum Syntéza suchá, mokrá cesta Spekanie Röntgenová analýza Analýza veľkosti častíc Polymerizácia vodivého polyméru Termogravimetria Elektrochémia Iné 18

19 LiFePO 4 Výhody: Netoxický Lacný Vysoká stabilita (kovalentná väzba P-O) Bezpečný v porovnaní s Li x CoO 2 Teoretická kapacita okolo 170 mah/g Nevýhoda: Nízka elektronická vodivosť: 10-9 S/cm Nevyhnutné použitie vodivého prídavku! 19

20 Zvýšenie vodivosti LiFePO 4 Pokrytie LiFePO 4 častíc: vrstvou UHLÍKA alebo stiebra Vrstvou vodivého polyméru (PPy, PANI) Dopovanie prechodnými prvkami Optimalizácia veľkosti častíc Metóda prípravy LiFePO 4 častíc (sol-gel, solid state, solvothermal, co-precipitation) 20

21 Zvýšenie vodivosti LiFePO 4 Zvýšenie vodivosti vodivým polymérom Polypyrol Elektrochemickou polymerizáciou pyrolu Li x FePO 4 + C (carbon black) Chemickou oxidačnou polymerizáciou Nízka objemová energetická hustota 21

22 Polypyrol (PPy) n PPy je možné použiť aj ako katódový materiál - Teoretická kapacita 80 mah/g Výhody PPy : 1. Ľahká príprava 2. Dobrá elektronická vodivosť 3. Chemická stabilita pri vyšších potenciáloch 4. Ľahká inkorporácia iónov Li+ 22

23 FePO 4 FePO 4 + PPy 23

24 Výsledky LiFePO 4 PPy-LiFePO 4 24

25 Výsledky Povrch katódového materiálu naneseného na Al fólii. LiFePO 4 + PPy/PEG LiFePO 4 25

26 Cyklický voltammogram (rýchlosť scanu 0,05 mv/s): PPy/PEG-LiFePO 4 LiFePO 4 26

27 Li-iónové batérie - akumulátory 27

28 28

29 29

30 30

31 Strata kapacity - starnutie Oxidačné procesy: LiCoO 2 + Li + Li 2 O + CO LiCoO 2 Li + + CoO 2 Nevratné deje Upchatie pórov separátora Samovybíjanie: Nabitie 0 C 25 C 60 C 100% 6% 20% 35% 40%-60% 2% 4% 15% 31

32 Li-air batérie Dýchajúce batérie Založené na princípe Zn-air Zn-air nedajú sa dobiť Oxidáciou Zn vzniká elektrický prúd Li-air 10x vyššia kapacita Nižšia hmotnosť Dojazd až 600 km na jedno nabitie 32

33 33

34 Li-polymér batérie Rovnaké zapojenie ako Li-ion Rovnaké katódy a anódy ako Li-ion Separátor je nahradený polymérom Suchý polymér je vodivý pri 50 C-60 C Li-pol batérie obsahujú malé množstvo tekutého elektrolytu Sú tvárnejšie flexibilné foil-type Sú o % drahšie 34

35 35

36 Batérie v elektromobiloch Li-ion článkov (LiFePO 4 ) dojazd km Každý článok je vybavený vlastným teplotným čidlom Mikroprocesorom a výkonovým tranzistorom, ktorý zabezpečuje jeho balancovanie, chrání ho proti prebíjaniu a podbíjaniu a zaisťuje optimálnu prevádzku. 36

37 Dobíjanie Internou nabíjačkou: Z jednej fázy 230V 16A 10 hodín Z troch fáz 400V 32A 1 hodinu na 90 % kapacity Z troch fáz 400V 64A 30 minút 37

38 38

39 Plug-in hybridy PLUG-IN 39

40 40

41 Superkapacitory Dokážu v krátkom čase uvoľniť veľké množstvo energie a v krátkom čase ju aj dobiť Životnosť 100 tisíc až milión cyklov Nízka energetická hustota 10 krát nižšia ako u Li-ion batériách 41

42 Palivové články Elektrická energia sa vytvára chemickou reakciou Palivo je privádzane k anóde Okysličovadlo ku katóde Nepretržitá prevádzka Žiadne opotrebovanie elektród Problematická infraštruktúra 42

43 Kyslíkovo-vodíkový palivový článok 43

44 44

45 Problém uskladnenia vodíka V stlačenej forme V kvapalnom stave, teplota skvapalnenia nesmie byť vyššia ako -253 C Chemicky viazaný vodík v metanole Naviazaný v tuhom skupenstve Interakcia vodík-uhlík veľmi slabá Interakcia vodík-hydrid prechodného kovu veľmi silná 45

46 46

47 Uhlíkové nanotrubice Grafén 47

48 Ďakujem za pozornosť 48

Podobné dokumenty

Sekundární elektrochemické články

Sekundární elektrochemické články méně odborně se jim říká také akumulátory všechny elektrochemické reakce jsou vratné (ideálně na 100%) řeší problém ekonomický (vícenásobné použití snižuje náklady) řeší