La deslumbrante tecnología de batería de litio negra, ¿el principio cambia constantemente?

La historia del uso de la energía por la sociedad humana, desde hace 4 mil millones de años hasta hace 200 años, fue el uso de la fotosíntesis; Watt inventó la máquina de vapor, el motor de combustión interna de la segunda revolución industrial, y los humanos comenzaron a utilizar energía fósil como el carbón y el petróleo. Recientemente, la humanidad ha prestado atención a la utilización integral de la energía, lo que requiere una recolección, almacenamiento y transporte eficientes de energía.

Los humanos recolectan toda la energía y primero la convierten en electricidad. El almacenamiento de energía eléctrica se ha convertido en una prioridad máxima en el uso de la energía, que está dominada por dispositivos electroquímicos, desde condensadores hasta baterías, pilas de combustible y supercondensadores. Las diferentes aplicaciones utilizan diferentes dispositivos electroquímicos.

El profesor Luyunfeng dijo en el Foro Internacional sobre Energía Inteligente que los tipos de baterías son variados, pero el propósito es en realidad el mismo. Todos quieren aumentar la potencia, aumentar la densidad de capacidad y prolongar la vida útil. ¿Cómo se fabrica la batería? De vuelta a la naturaleza, porque la fotosíntesis es el proceso de conversión de energía más primitivo de la Tierra.

La luz solar descompone el agua en electrones y los protones en clorofila. Los electrones tienen canales de electrones y los protones tienen canales de protones. El dióxido de carbono se convierte en material hidrocarbonado mediante síntesis interna. Lo más importante en este proceso es tener un protón y canales electrónicos independientes.

Lo mismo ocurre con las baterías de litio. Las baterías de iones de litio eran originalmente fosfato de hierro y litio frente a grafito. Grafito negativo, fosfato de hierro y litio positivo. Cuando se descarga, el litio incrustado en el grafito pierde electrones, se convierte en iones de litio y se agota con el fosfato de hierro para convertirse en fosfato de litio y hierro.

La relación entre los iones de litio y los electrones es interdependiente. No hay ion sin electrones y no hay electrón sin iones. La velocidad lenta entre los dos determina la potencia de la batería. Además, la estabilidad de los canales de iones de litio y las líneas conductoras afecta la vida útil de la batería.

A partir de este proceso, se puede ver que para convertir las baterías de iones de litio en baterías con alta densidad de energía, alta potencia y larga vida, es importante establecer canales de electrones de iones eficientes y estables.

El establecimiento de un canal de electrones de iones eficiente e independiente puede funcionar a partir del material. Los materiales de las baterías de iones de litio generalmente son poco conductores, mientras que el carbón puede aumentar la conductividad; La conductividad de iones de litio tampoco es lo suficientemente buena, puede hacer que las partículas sean más pequeñas para que los iones de litio no tengan que moverse distancias demasiado largas, por lo que el material del electrodo de la batería de litio en el mercado es cada vez más pequeño. Además, las partículas pequeñas pueden hacer que la estructura sea más estable.

En la actualidad, la mayor parte de la dirección de investigación de las baterías de litio también es la misma. Se requieren iones y electrones para los materiales de los electrodos. La solución científica es utilizar grafeno, tubos de carbono y, por supuesto, otros compuestos de carbono. Luego, el material se convierte en nanopartículas, o los nanocables se combinan con tubos de carbono para que se pueda lograr el proceso de conducción de iones de electrones y la estructura se pueda hacer muy estable.

Tomemos los nanocables como ejemplo. Los nanocables y las estructuras compuestas que se cruzan con los tubos de carbono tienen muy buena conductividad y son excelentes materiales para supercondensadores. Para acelerar la conductividad iónica, también se utiliza pentóxido de vanadio. Es un material en capas y tiene mucho espacio en sí mismo. Podemos ampliar aún más el espaciado de capas de 0,35 nanómetros a 0,45 nanómetros. El ion de litio funciona más rápido. Este complejo se puede utilizar no solo como material para supercondensadores, sino también como material para baterías de sodio y condensadores de sodio. Después de todo, el sodio es más barato y mucho más abundante que el litio.

Las nanopartículas también son comunes, pero se realizan más investigaciones. Además de mezclar nanopartículas directamente con tubos de carbono, también existe una forma de ensamblar pequeñas nanopartículas en esferas y tubos de carbono. Esta estructura permite que la batería tenga una tasa de duplicación más alta y una vida más larga.

Vale la pena mencionar que las nanopartículas a menudo se convierten en aceite, es decir, repulsión natural del agua. El otro es hidrófilo, que requiere un tratamiento especial. Normalmente, los tubos de carbono son fáciles de adsorber el ácido acrílico, por lo que cuando las nanopartículas se combinan con los tubos de carbono, los tubos de carbono pueden absorber primero un poco de ácido acrílico.

Además, existe un método más simple llamado secado por aspersión. Es decir, las nanopartículas, los tubos de carbono o los elementos conductores se rocían y secan directamente para formar partículas. Una ventaja de esto es que durante el proceso de pulverización, las tuberías de carbono se extenderán y los materiales como el óxido de hierro forman una estructura especial para que el exterior del material no sea conductor, pero el interior tenga una buena conductividad eléctrica. Este principio técnico es tan fácil de industrializar como la leche en polvo en aerosol.

Los materiales de la batería no solo tienen polos positivos y negativos, sino que los electrolitos también son extremadamente críticos. En la actualidad, los investigadores han desarrollado un aditivo que puede lograr la inmovilidad de los iones negativos en el electrolito, y solo se mueven los iones positivos. De esta manera, la velocidad de movimiento de los iones de litio se incrementará en múltiplos geométricos, y la batería se puede cargar y descargar con gran aumento para lograr una carga rápida.

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