Akumulátory Li-S. Připravil: Ing. Tomáš Kazda, Ph.D.

Podobné dokumenty
Li S akumulátory pro dopravu. Autor: Ing. Tomáš Kazda, Ph.D

EMOBILITY in Czech Republic

Trendy v designu energetických úložišť pro elektrická vozidla

Udržitelná mobilita bude elektrická. Ing. Jaromír Marušinec, Ph.D. MBA BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Baterie minulost, současnost a perspektivy

Technický pokrok v oblasti akumulátorových baterií

Udržitelná mobilita bude elektrická. Ing. Jaromír Marušinec, Ph.D. MBA BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Elektromobilita. Ing. Jaromír Marušinec, Ph.D. MBA

Úprava struktury materiálu LiCoO 2 pomocí sodíku

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ

ELEKTRODY PRO LITHNO-IONTOVÉ BATERIE NA BÁZI KOBALTITANU LITHNÉHO ELECTRODES FOR LITHIUM-IONS BATTERIES BASED ON LICoO 2

Kobaltem dopované LiFePO4 pro katody li-ion akumulátorů připravené metodou GAC

Sekundární elektrochemické články

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ KATEDRA ELEKTROMECHANIKY A VÝKONOVÉ ELEKTRONIKY BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Technické sekundární články - AKUMULÁTOR

MLI Ultra. Proč se jedná o nejlepší produkt na trhu?

Využití lithia v pokročilých technologiích ukládání energie Ladislav Kavan

AKUMULÁTORY. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: devátý

Elektrochemické akumulátory. přehled

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ. Katedra Elektrotechnologie BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Skladování elektrické energie

Bateriové systémy pro stacionární úložiště energie. Autor: Tomáš Kazda

Superkapacitory. Prof. Ing. Jaroslav Boušek, CSc. Fakulta elektrotechniky a komunikačních techologií VUT v Brně

Současné možnosti akumulace elektrické energie

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ KATEDRA TECHNOLOGIÍ A MĚŘENÍ BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

20ZEKT: přednáška č. 7 Zdroje

Elektromobily současnosti

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Aktuální trendy v akumulaci a fotovoltaice, bariéry rozvoje v ČR. Ing. Pavel Hrzina, Ph.D.

Jak funguje baterie?

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

:= = := :=.. := := := := ρ := := α := π α = α = := = :=

Nové trendy ve výzkumu elektrodových hmot pro Lithno-iontové články

ELEKTROCHEMIE A KOROZE Ing. Jiří Vondrák, DrSc. ÚACH AV ČR

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Vliv akumulace elektrické energie na provoz fotovoltaické elektrárny

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE

Typ: 10IMP17/ 67 / 135

Vanadové redoxní průtočné baterie. Jiří Vrána Jaromír Pocedič

Technologický rozvoj v energetice: Je elektřina hlavním energetickým zdrojem budoucnosti? Ing. Jan Prochazka, Ph.D.

Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie

Návrh akumulačního systému

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

VYSOKÉ U ENÍ TECHNICKÉ V BRN. Fakulta elektrotechniky a komunika ních technologií

Hybridní pohony. Měniče a nosiče energie. Doc. Ing. Pavel Mindl, CSc. ČVUT FEL Praha

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ KATEDRA TECHNOLOGIÍ A MĚŘENÍ BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

ELEKTROLÝZA. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: osmý

Elektrochemické zdroje elektrické energie

ELEKTRICKÝ PROUD V KAPALINÁCH

ZVÝŠENÍ KONKURENCESCHOPNOSTI SPALOVACÍHO MOTORU NA STLAČENÝ ZEMNÍ PLYN COMPETITIVENESS INCREASE OF THE CNG ENGINE

IMPULSE. Technické parametry. Karl- Heinz Lange Srpen 2012

Prohlášení. V Ostravě, dne. Daniel Růžička

Potenciál a možnosti výroby baterií v ČR

Baterie LiFePO 4. Specifikace. Obsah

Západočeská univerzita v Plzni Fakulta elektrotechnická. Diplomová práce

MODIFIKACE MATERIÁLŮ PRO KLADNÉ ELEKTRODY LITHNO-IONTOVÝCH AKUMULÁTORŮ MODIFICATION OF CATHODE MATERIALS FOR LITHIUM-ION ACCUMULATORS

Elektrochemie. 2. Elektrodový potenciál

ELEKTROCHEMIE NA SYSTÉMECH S TENKÝMI VRSTVAMI ELECTRO-CHEMICAL ANALYSIS ON SYSTEMS THIN FILM SUBSTRATE

Technologické a ekonomické hledisko pronikání elektromobility do dalších oblastí dopravy

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

TECHNIKY VYTVÁŘENÍ NANOSTRUKTUROVANÝCH POVRCHŮ ELEKTROD U MIKROSOUČÁSTEK TECHNIQUES TO CREATE NANOSTRUCTURED SURFACES OF ELECTRODES FOR MICRO DEVICES

Nanostrukturní separátory pro Li-ion akumulátory

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

UNIVERZITA PARDUBICE DOPRAVNÍ FAKULTA JANA PERNERA

STAND BY ENERGY s.r.o. Železniční 2662/ Plzeň. rail power line. Akumulátory energie pro drážní zařízení

ELECTROCHEMICAL HYDRIDING OF MAGNESIUM-BASED ALLOYS

Nano a mikrotechnologie v chemickém inženýrství. Energie VYSOKÁ ŠKOLA CHEMICKO-TECHNOLOGICKÁ V PRAZE ÚSTAV CHEMICKÉHO INŽENÝRSTVÍ

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta elektrotechnická Katedra elektrotechnologie. Elektromobilita, její současný stav a perspektiva.

Ing. Jaromír Marušinec, Ph.D. MBA Czech Electric Vehicle Industry Association charmain Electric Vehicles in Czech Republic

Zálohování a skladování elektrické energie

MECHANISMUS TVORBY PORÉZNÍCH NANOVLÁKEN Z POLYKAPROLAKTONU PŘIPRAVENÝCH ELEKTROSTATICKÝM ZVLÁKŇOVÁNÍM

8. Elektrodové materiály LiCoO 2 s vrstevnatou strukturou

Konstrukce a provoz jednostopých vozidel s elektrickým pohonem

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

ZÁPORNÁ ELEKTRODA PRO LITHNO-IONTOVÉ AKUMULÁTORY

Nanomotor Nanomotor února 2015

Matematický model a numerická simulace olověného akumulátoru

High Energy 3D Accumulator Vysokokapacitní 3D Akumulátor

CYKLICKÉ TESTOVÁNÍ ELEKTROCHEMICKÝCH NABÍJITELNÝCH ČLÁNKŮ

Historie elektromobil ekonal jako první v z na sv v roce 1899 hranici 100 km/h

Alternativní pohony silničních vozidel

VŠB - Technická univerzita Ostrava Fakulta elektrotechniky a informatiky BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Hybridní pohony vozidel Bakalářská práce

Solid Electrolyte Interface vrstvy v primárních článcích. Solid Electrolyte Interface Layer in Primary Cells. Diplomová práce

VLASTNOSTI POLOVODIČOVÝCH SOUČÁSTEK PRO VÝKONOVOU ELEKTRONIKU

Účinnost různých systémů ukládání elektrické energie

ÚSTROJÍ VOZIDEL ÚSTROJÍ. zabezpečují pohyb vozidla a výkon jeho funkcí HLAVNÍ Ú. LOŽNÉ Ú. PRACOVNÍ Ú. BRZDÍCÍ Ú. ŘÍDÍCÍ Ú. HNACÍ Ú. POHONNÉ Ú.

Číslo: Anotace: Prosinec Střední průmyslová škola a Vyšší odborná škola technická Brno, Sokolská 1

Elektromobily pro osobní i užitkovou dopravu

Transkript:

Připravil: Ing. Tomáš Kazda, Ph.D.

Využití a růst produkce Li-Ion akumulátorů Obr.1: Příklady použit Li-ion akumulátorů [1]

Využití a růst produkce Li-Ion akumulátorů Obr.2: Zastoupení jednotlivých typů akumulátorů na celkovém prodeji [2]

Úvod Katodové materiály Kde jsme Kde chceme být Anodové materiály Obr.3: Přehled materiálů Li-ion akumulátoru [1]

Porovnání Li-S a Li-Ion akumulátorů Materiál Kapacita [mah/g] Potenciál vůči Li [V] Gravimetrická hustota energie [Wh/kg] LiCoO 2 (LCO) 145 3,88 550 LiMn 2 O 4 (LMO) 110-120 4,1 410-492 LiFePO 4 (LFP) 150-170 3,4 510-590 LiNi 0,8 Co 0,15 Al 0,05 O 2 (NCA) 170-280 3,7 680-760 LiNi 0,33 Mn 0,33 Co 0,33 O 2 (NMC) 170-279 3,7 680-760 S 1675 2,1-2,4 ~3200 Obr.4: Typy katodových materiálů dostupných na trhu a jejich zastoupení v roce 1995 a 2010; LCO: LiCoO 2, NMC: LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2, LMO: LiMn 2 O 4, NCA: LiNi 0,8 Co 0,15 Al 0,05 O 2, LFP: LiFePO 4. [3]

Gravimetrická Kapacita hustota [mah/g] energie [Wh/kg] Porovnání Li-S a Li-Ion akumulátorů 3500 1800 1600 3000 1400 2500 1200 2000 1000 1500 800 600 1000 400 500 200 Komerčně dosažená kapacita Teoretická kapacita Tesla S baterie 85 000 Wh, hmotnost - 544 kg NCA 700 Wh/kg 121,4 kg z baterie - 22,3 % hmotnosti S 3200 2000 Wh/kg 26,6 42,5 kg tzn. 21,9 35 %% původní hmotnosti teoretický pokles hmotnosti celé baterie na 119 190,4 kg kg nebo při stejné hmotnosti 544 kg ~ 388 243 000 Wh Prodloužení dojezdu z 440 km na 2010 1250 km 0 LMO (Nissan LCO LFP (Fisker, NMC (BMW i3, NCA (Tesla S) Leaf) (elektronika) stacionarní i8) akumulátory) Obr.5: Porovnání kapacity a hustoty energie. [3] S

Výhody a nevýhody Li-S akumulátorů Výhody: Vysoká teoretická kapacita 1675 mah/g Vysoká gravimetrická hustota energie ~3200 Wh/kg Snadná dostupnost síry Nízká cena síry v porovnání s katodovými materiály (S ~ 80 Kč/kg vs. LiFePO 4 ~ 1400 Kč/kg) Nevýhody: Při cyklování vznikají polysulfidy rozpustné v elektrolytu a usazují na povrchu anody, což vede k velmi strmému poklesu kapacity označuje se jako (shuttle effect) Nízká elektrická vodivost (5 10-30 S/m) vyplývající z faktu že síra je izolant Objemové změny síry během cyklování až o 80 % Li dendrity na anodě které mohou způsobit zkrat článku

Popis funkce Li-S akumulátorů Na rozdíl od Li-Ion akumulátorů u Li-S nedochází k interkalaci Li iontů do struktury katody, ale k vzniku sloučeniny síry a lithia Li 2 S (sulfid lithný). Tato konverze z S 8 na Li 2 S probíhá v několika krocích, kdy dochází k formaci Li 2 S 8 následně k formaci Li 2 S 6, Li 2 S 4, Li 2 S 2 až nakonec Li 2 S. Obr.6: Děj probíhající během nabíjení a vybíjení Li-S akumulátoru a vybíjecí/nabíjecí charakteristiky s poklesem kapacity[1]

Nanosíra s grafenovou ochranou vrstvou (Applied Surface Science 2014) [6] 3D elektroda (Nature 2015) [5] Speciální separátor a nanosíra s ochranou vrstvou (Nature 2014) [7] Obr.7: Porovnání publikovaných výsledků s výsledky VUT

Literatura [1] YOO, Hyun Deog, Elena MARKEVICH, Gregory SALITRA, Daniel SHARON a Doron AURBACH. On the challenge of developing advanced technologies for electrochemical energy storage and conversion. Materials Today. 2014, 17(3): 110-121. DOI: 10.1016/j.mattod.2014.02.014. [2] ADITYA, Jayam Prabhakar, Mehdi FERDOWSI a D. MACARTHUR Comparison of NiMH and Li-ion batteries in automotive applications. 2008 IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference. 2008, : 701-706. DOI: 10.1007/978-0-387-92675-9_23. [3] PISTOIA, G. Lithium-ion batteries: advances and applications. First edition. Oxford: Newnes, 2013, xxi, 612 pages. [4] BRODD, R. Batteries for sustainability: selected entries from the Encyclopedia of sustainability science and technology. New York: Springer-Verlag New York, 2013, vi, 513 pages. [5] BABU, Ganguli, Khalid ABABTAIN, K. Y. Simon NG a Leela Mohana Reddy ARAVA. Electrocatalysis of Lithium Polysulfides: Current Collectors as Electrodes in Li/S Battery Configuration. Scientific Reports. 2015-3-5, 5(3), 8763-. DOI: 10.1038/srep08763. ISSN 2045-2322. [6] LIU, Ya, Jinxin GUO, Jun ZHANG, Qingmei SU a Gaohui DU. Graphene-wrapped sulfur nanospheres with ultra-high sulfur loading for high energy density lithium sulfur batteries. Applied Surface Science. 2015, 324(1), 399-404. DOI: 10.1016/j.apsusc.2014.10.176. ISSN 01694332. [7] YAO, Hongbin, Kai YAN, Weiyang LI, et al. Improved lithium sulfur batteries with a conductive coating on the separator to prevent the accumulation of inactive S-related species at the cathode separator interface. Energy Environ. Sci. 2014, 7(10), 3381-3390.