Презентация на тему: Перспективы промышленного производства наноразмерного оливина для литий-ионных аккумуляторов нового поколения
Перспективы промышленного производства наноразмерного оливина для литий-ионных аккумуляторов нового поколения ГК «Русские аккумуляторы»Тарнопольский В.А.Профатилова И.А.
Структура доклада Основные характеристики и принцип работы литий-ионного аккумулятора;Требования к электродным активным материалам;Нанокомпозит LiFePO4*С как катодный активный материал;Производители и потребители наносодержащих аккумуляторов (nano-enabled batteries);Разработка наносодержащих литий-ионных аккумуляторов (ЛИА) в ГК «Русские аккумуляторы»
Баланс мощности и энергоёмкости современных аккумуляторов
Основные характеристики и развитие ЛИА Сравнение характеристик ЛИА и конкурирующих системСовершенствование литий-ионной технологии – следствие жёсткой коммерческой и научной конкуренции
Принцип работы литий-ионного аккумулятора (ЛИА)
Функция электродного активного материала и требования к нему. Высокая энергоёмкость (много активных ионов Li+ в структуре, элементная и структурная чистота);2. Возможность быстрого переноса ионов Li+ в объёме материала (наличие в структуре каналов или полостей для переноса ионов Li+ из объёма на поверхность и обратно, сокращение дистанции переноса).3. Высокая электронная проводимость поверхности частиц (необходимо переносить электрон со всех точек поверхности частиц до токоотвода).4. Безопасность, дешевизна, экологичность, доступность сырья.
Каналы и полости для переноса ионов Li+ в структурах катодных материалов.
Современные катодные материалы для ЛИА
Материал нового поколения – LiFePO4*C (оливин) Традиционныйкатодный материалНанокомпозит:Нанокристаллы LiFePO4 (50нм)с углеродным покрытием (5нм)Преимущества наноразмерного оливина по сравнению с традиционными катодными материалами:Очень быстрый транспорт лития в твёрдой фазе + бОльшая (в ~ 50-100 раз) площадь поверхности = предельные токи увеличиваются в десятки раз;Безопасен;Дешёвое сырьё;Экологичен;
Оптимальные размеры кристаллов LiFePO4 и толщина углеродного покрытия
Контроль размеров частиц – LiFePO4 при его синтезе Микрофотографии образцов LiFePO4, синтезируемых при различных температурахРаботоспособность LiFePO4 определяется размерами частиц:Удельная ёмкость образцов, синтезированных при температурах 500 (а), 600 (b) и 700оС (c)
Недостатки LiFePO4 и их преодоление ПроблемаНизкая электронная проводимость поверхности нанокристаллов;Низкая ионная проводимость в объёме кристаллов LiFePO4;Невысокая энергоёмкость;Сложная методика серийного производства;Пути решенияНанесение углеродного покрытия1. Уменьшение размеров кристаллов сокращение диффузионного пути;2. Модификация структуры LiFePO4;Пытаются допировать LiFePO4;Отработка технологии, наращивание объёмов производства;Таким образом, оливин работоспособен только в виде нанокомпозита, где частицы LiFePO4 покрыты электропроводящим углеродным нанослоем.
Финансирование зарубежных разработок Гранты Департамента Энергетики США на разработки в области разработки LiFePO4 и ОЛИА, (2009г.)A123 Systems, Inc. $249.1 млн. долл. США.Manufacturing of nano-iron phosphate cathode powder and electrode coatings; fabrication of battery cells and modules; and assembly of complete battery pack systems for hybrid and electric vehicles.Saft America, Inc. 95.5 млн. долл. США.Jacksonville, FL Production of lithium-ion cells, modules, and battery packs for industrial and agricultural vehicles and defense application markets. Primary lithium chemistries include nickel-cobalt-metal and iron phosphate.
Производители и потребители LiFePO4 Основные производители LiFePO4 и ОЛИА: A123 Systems U.S., Toshiba, Valence Technology, BAK Battery, Actacell USA, BYD China, GAIA Germany,Phostech Lithium и другие.Потребители ОЛИА и марки выпускаемой продукции: Toyota( Prius), Phoenix, Tesla Energy (Tesla Roadster), Think Nordic, Grand Tourer, Continental AG Germany (Chevy Volt).Motorcycle-Killer, Zero motorcycle, Electric cycles, Vectrix Corp., Segway. Panasonic, Sanyo.
Прогноз развития мирового рынка нано-ЛИА*
Новые рынки для нано-ЛИА С заменой LiCoO2 на LiFePO4 стоимость ЛИА уменьшается на 50-70%, что приводит к появлению новых рынков для ЛИА: автономные инструменты, аварийное освещение, UPS, медицинское оборудование, гибридные автомобили, электромобили, электрические велосипеды, скутеры, игрушки, инвалидные коляски, альтернативная энергетика, военные цели, итд.
Новые рынки для нано-ЛИА
Основные предприятия ГК «Русские аккумуляторы» Аккумуляторные заводы:Подольский аккумуляторный завод. Производит стартерные свинцово-кислотные аккумуляторы с 1929г. Курский завод «Аккумулятор». Построен в 1944 г. Производит более 400 наименований аккумуляторов (свинцово-кислотные, Ni-Cd, Ni-Fe). Ежегодное производство - более 360,000,000 Ah.«Исток», г. Курск.Производство запущено в 2002г. Выпускаются стартерные свинцово-кислотные аккумуляторы .Электроисточник (г. Саратов)С 1929г. производит свинцово-кислотные стартерные аккумуляторы и серебряно-цинковые ХИТ для аэрокосмицеских, военных и специальных применений.ИТОГО: Совокупное производство – более половины производимых в России аккумуляторов.2. Производство материалов:РязЦветМет (г. Рязань).Основан в 1953, полностью переоборудован и запущен в 2008г. Самый крупный производитель Pb/Sn и Pb/Sb сплавов. Одно из крупнейших перерабатывающих предприятий в России.3. Компании, осуществляющие закупки и продажи батарей и материалов
Деятельность Холдинга «Русские аккумуляторы» в направлении организации производства LiFePO4 в России Производство материалов для ЛИА:ГК «Русские аккумуляторы» в сотруднисчествес ИОНХ РАН им. Н.С. Курнакова и ИФХЭ РАНим. А.Н. Фрумкина разрабатывает технологию производства нанокомпозиционного оливина иОЛИА. получены работоспособные образцы приемлемой ёмкости. Ведутся работы по усовершенствованию и масштабированию технологии.Производство опытных образцов ЛИА: Нами оборудована лабораторная линия по сборке и тестированию призматическихЛИА в мягкой упаковке (аналоги промышленно выпускаемой зарубежной продукции). В настоящее время мощности используются для подготовки к серийному производству и тестирования отечественных и зарубежных материалов.Сотрудничаем с: ИОНХ РАН им. Н.С. Курнакова и ИФХЭ РАН им. А.Н. Фрумкина, НПП «УФИМ», ОАО «НИИСТА», НТЦ «АНК».
Спасибо за внимание!
A Graph Showing The Energy Density Of Various Batteries Types
