Energia = autonomía

Sup. Cond.

Potència = acceleració, velocitat de càrrega

Mida : 10kWh (híbrid endollable)20-25 kWh (pur elèctric)

Durada : 8-10 anys

Energia específica el més elevada possible

Seguretat (nivell Eucar 4)

Preu el més baix possible

Requisits de lesbateries

● Energia específica elevada (200Wh/kg en cel·la)

● Densitat d’energia elevada

● Bona ciclabilitat

● Duració acceptable

● Bones prestacions en potència (fins a 2-4 kW/kg, 12 en polsos, en cel·la)

● Cost global molt elevat

● Electrònica sofisticada

● Cal millorar la seguretat de les cel·les grans sota condicions d’abús

● Cal millorar les prestacions a baixa temperatura

T raise in < 1s

The 25th International Battery Seminar & Exhibit, Ma rch 2008 , Fort Lauderdale, Florida

Seguretat

The 25th International Battery Seminar & Exhibit, Ma rch 2008 , Fort Lauderdale, Florida

.. materials

O

Onegative electrod

e

po

sitive electrode

Redox shuttles / overcharge protection

e-

O

O

e-

H E

A T

DDB2,5-di-tert-butyl-1,4-dimethoxybenzene

Imax= n ACDF/l

.. control

The 25th International Battery Seminar & Exhibit, Ma rch 2008 , Fort Lauderdale, Florida

Courtesy of F. Jerez, Grupo Premo

Regulació Nº 100 de la UN/E/ECE/324 de 11.04.1997 revisada i complementada 07.05.2002 “Uniform provisions concerning the approval of battery electric vehicles with regard to specific requirements for the construction and functional safety

Cost

Cel·les i “battery packs”

Cu grid

e.g. Prius e.g. Insight

Les cel·les cilíndriques tenen un cost menor i una vida més llarga en nombre de cicles (la gestió de la temperatura és més eficient) però resulten en una menor densitat d’energia degut als espais buits que queden entre els packs de cel·les.

EIG 72V module

Prestacions de bateries comercials

TendTendèències en recercancies en recerca

discharge

charge

- +

LiyC LixCoO2e-

Sony, 1991

2007

Requisits per als materials d’elèctrode

Elevada capacitat (gravimètrica i volumètrica)

Potència

Vida útil en nombre de cicles

Eficiència

Baix cost

Seguretat

Respectuós medi ambient

Updated from J.M. Tarascon and M. Armand : Nature, 2001, 414 (359-367)

“LiNiO 2”

Sn

Pot

entia

l vs

Li/L

i+

(V)

Capacity (Ah/kg)0 200 400 600 800 1000 1200 3800 4000

Ne

gativ

em

ate

rials

Pos

itive

mat

eria

ls

Li metalGraphite

Other carbons Si-Cd = 2.3

Intermetallicsd = 4- 8

3D metal oxidesd= 7.5

Nitridesd = 2.1

0

3

4

5

2

1

Sn-C

Phosphides (d ≈≈≈≈ 8)

“5V”

“LiCoO 2”“LiMn 2O4”

“MnO 2”

Vanadium oxides(V2O5, LiV3O8)

Polyanionic compounds(Li 1-xVOPO4, Li xFePO4)

“LiMnPO 4”“LiCoPO 4”

Li 4Ti5O12

Si

“ Doped LiMn 2O4”

VLi-ion

VLi-metal

Materials

Insertion

Alloying

Conversion

homogeneou

s

heterogeneous

MaXb a M + b LinX

MLiwM

Mr Z

LiyMr Z

LiyMr Z

Commercialised

Very large capacity

Volume changes are still an issue

Under development

Large capacity

Voltage hystheresis

“Usual” processes

Low capacity(mostly limited to 1 e- / M)

20 nm

CoSn2

Carbon

20 nm

CoSn2

Carbon

?

Inserció

Aliatge

Conversió

Estàndar:

(baixa capacitat)

Comercialitzat

(capacitat elevada)(problemes canvi volum)

En desenvolupament

(capacitat elevada)(problemes histèresi)

Mecanismes de reacció

0

2000

4000

6000

8000

10000

In C Bi Zn Te Pb Sb Ga Sn Al As Ge Si

Cap

acity

den

sity

(mA

h/cm

3)

0

1000

2000

3000

4000

Specific cap

acity (mA

h/g)

20 nm

CoSn2

Carbon

20 nm

CoSn2

Carbon

+ 30%

Sien perspectiva

Graphite

Quaternary ammonium

+

2VE v

s. L

i+/L

i°(V

)

5V

3V

4V

1V

CY

CL

IC C

AR

BO

NA

TE

SS

EI Z

ON

E

Very good resistance to oxidation > 5V vs. Li°

No vapor pressure

stability > 300 °C

Non flammable

Solvent for many salts and polymers

NN NN

TFSI -

Very good resistance to oxidation > 5V vs. Li°Very good resistance to oxidation > 5V vs. Li°

No vapor pressureNo vapor pressure

stability > 300 °Cstability > 300 °C

Non flammableNon flammable

Solvent for many salts and polymersSolvent for many salts and polymers

NN NN

TFSI -

Li metal

M O

L T

E N

S A

L T

S

Poor resistance to reduction ≈ 1.2 V vs. Li°

High cost

Poor resistance to reduction ≈ 1.2 V vs. Li°Poor resistance to reduction ≈ 1.2 V vs. Li°

High costHigh cost

Ionic liquids

Electròlitos més segurs

M. Armand et al. Nature Materials (2009) 8, 120

Materials de elèctrode orgànics

54

Li/aire

A. Débart et al. Angew. Chem. Int. Ed. (2008) 47, 4521.

Li/S

X. Ji et al. Nature Materials (2009) 8, 500

R. Brodd, ATP Working Paper Series Working Paper 05–01, NIST (US)

Moltes Gràcies

per

l’atenció !!