Romper el "defecto fatal" de las baterías de litio

La tercera línea de producción de grafeno de 100 toneladas del mundo se pondrá en producción en nuestra provincia a finales de mayo. Desencadenará una revolución en el campo de los vehículos eléctricos.

Quizás algún día, pondrá la tableta de pantalla táctil en tres pliegues y dos pilas en el bolsillo; use unos segundos para cargar completamente el teléfono, no lo recargue en la primera mitad del mes; monta un avión ultraligero, conduce un coche ligero o incluso sube a decenas de miles de kilómetros de ascensores espaciales que en un sueño humano.

Todos estos maravillosos sueños provienen de un material especial: el grafeno.

“El grafito es un nano material hecho de grafito. Es el material más ligero, delgado y resistente del mundo. Tiene alta conductividad, alta resistencia, alta conductividad térmica, alta área de superficie específica, etc. características ". El 2 de abril, Ying Meng, presidente de Tangshan Jianhua Industrial Group, que ha estado preocupado durante mucho tiempo por el desarrollo del grafeno, dijo que este El extraordinario material nuevo traerá cambios revolucionarios en muchos campos, como los vehículos eléctricos y la información electrónica. Se espera que se convierta en la próxima industria del billón.

"Hemos sido pioneros en el desarrollo de un nuevo método para preparar grafeno, que es adecuado para la producción en masa de bajo costo". Desde finales del año pasado, Jianhua Industrial ha producido una producción anual de 500.000 gramos de línea de producción de grafeno en nuestra provincia. La línea de producción de 100 toneladas está en un intenso montaje y se pondrá oficialmente en funcionamiento a finales de mayo. Para este nuevo y emocionante avance en la tecnología de producción en masa de grafeno, Ying Meng cree que brindará un gran espacio para el desarrollo de una nueva industrialización.

5 a 30 minutos de subversión

Supere el cuello de botella de la carga de baterías de litio y desate una revolución en los vehículos eléctricos

La carga puede llevar 500 kilómetros en solo 5 horas. A principios de este año, la cotización de Tras en China puede describirse como "un incendio en el invierno", lo que desencadenó una revolución en el campo de los vehículos eléctricos.

Aunque la tecnología de la batería ha dado un gran paso adelante, todavía existe la habilidad de funcionar durante un tiempo y cargar durante 5 horas. El largo tiempo de carga sigue siendo una brecha insuperable para las baterías de litio. Los vehículos eléctricos, que se consideran la dirección futura del automóvil, no han podido resolver este problema de cuello de botella y han estado en camino de la promoción durante muchos años.

"Esta puerta se abrirá con grafeno". Como muchos expertos de la industria, Ying Meng es muy optimista sobre la aplicación del grafeno en el campo de la energía. El equipo de investigación de la compañía está trabajando en el desarrollo de supercondensadores y baterías basados en grafeno. Una vez que la batería de grafeno esté disponible, se espera que aumente la capacidad de la batería en 1,5 veces y el tiempo de carga a decenas de minutos. Usando un supercondensador basado en grafeno en lugar de una batería, el tiempo de carga y descarga puede ser tan corto como unos pocos segundos.

"Esto significa que cargar vehículos eléctricos en el futuro será más corto que el tiempo de repostaje, lo que traerá una revolución disruptiva en el campo de los vehículos eléctricos". Ying Meng dijo que actualmente están diseñando una línea de producción de baterías de condensadores a base de grafeno, que se espera que se ponga oficialmente en funcionamiento a fines de diciembre de este año.

En la base de producción de Tangshan Jianhua Industrial Group, el reportero experimentó la "magia" del grafeno, aunque es la misma fuente que el grafito, está lejos del núcleo del lápiz que solemos ver. El microchip de grafeno se parece más al algodón. El floc negro, que es tan delgado como una solapa y liviano, solo puede llenar un cubo de plástico blanco con una capacidad de 50 litros en solo 180 gramos.

Ying Meng explicó que la razón por la que la batería de grafeno tiene una velocidad de carga y descarga rápida y un gran almacenamiento de energía es utilizar la alta superficie específica y la alta conductividad del material de grafeno. La conductividad del material de grafeno es de 10 a 100 veces mayor que la del cobre. Si la batería de litio tradicional se carga y descarga rápidamente, inevitablemente conducirá a un aumento de la corriente, y la corriente hará que la batería se caliente, acorte la vida útil e incluso provoque una explosión. Se espera que el uso de grafeno para agregarlo a los materiales positivos y negativos de las baterías de litio resuelva este inconveniente.

Ying Meng explicó que el proceso de trabajo de las baterías de litio es el proceso de los iones de litio que oscilan del electrodo positivo al negativo. Agregar grafeno al material del electrodo positivo puede mejorar la conductividad del material del electrodo positivo, aumentar la tasa de descarga de la batería y acelerar la tasa de carga y descarga de la batería. Agregar grafeno al material del electrodo negativo puede aumentar la capacidad de acomodar iones de litio y aumentar la capacidad de almacenamiento.

“La sensación del grafeno se debe a que ha creado muchos registros. La misteriosa especialidad del grafeno hace que la gente se haga ilusiones sobre su aplicación ". Ying Meng describe que el grafeno sigue siendo el material más delgado y resistente del mundo. Con solo 0,34 nm de grosor, el grosor de 200.000 capas de grafeno es aproximadamente igual al diámetro de una hebra de cabello. Es más duro que los diamantes y 100 veces más fuerte que el mejor acero del mundo. El material es casi completamente transparente y tiene una transmitancia de luz superior al 97%, que se espera que se utilice en la fabricación de una nueva generación de dispositivos electrónicos de alto rendimiento.

En la actualidad, el equipo de casi 40 personas de la empresa está trabajando en el desarrollo y aplicación de la cadena industrial downstream del grafeno, y al mismo tiempo, hay más de diez productos. Según los informes, el grafeno tiene un potencial incomparable en los campos de la electrónica, aeroespacial, militar, nuevas energías, nuevos materiales, etc .: Con las excelentes propiedades eléctricas del grafeno, será el nuevo material que tiene el potencial de reemplazar al silicio para fabricar transistores ultra-micro. En el futuro, se espera que la velocidad de las computadoras aumente de 10 a 100 veces; sus características ligeras y resistentes son la primera opción para fabricar armaduras corporales ultraligeras y materiales para aeronaves ultraligeras; utilizando nanotecnología, el grafeno se puede convertir en un sensor de ADN. Se utiliza para detectar la estructura de rotación y posición de las cadenas de ADN, abriendo un nuevo camino para la tecnología de secuenciación del genoma; el grafeno también se puede convertir en materiales antibacterianos, mientras se esteriliza sin dañar las células.

1 a 500 toneladas de avances

Las láminas de grafito despegan los microchips de grafeno y derrotan la industrialización

A principios de marzo de este año, fui a Guangdong para discutir la cooperación con una empresa de baterías por primera vez. Ying Meng solo usó un barril de 180 gramos de muestras de microchip de grafeno para abrir la puerta de la cooperación sin ningún esfuerzo. Cuando vi la muestra del barril, la persona a cargo de Guangdong se quedó "atónita" en ese momento. No esperé a que Ying Meng lo presentara y pedí cooperación.

“Comparada con el laboratorio en unidades de 1 gramo, esta muestra de barril es sin duda astronómica. La capacidad de producción a gran escala es el factor más importante que promueve la cooperación entre las dos partes ”. Ying Meng cree que "el proceso de macroproducción de alta calidad y bajo costo es la clave para la industrialización actual y la entrada del grafeno en el campo de la aplicación".

En la actualidad, la producción anual de grafeno de Jianhua Industrial Group alcanza los 500.000 gramos, y la línea de producción de grafeno con una producción anual de 100 toneladas también se pondrá en producción a finales de mayo. El rendimiento se encuentra entre los mejores de la industria. Al mismo tiempo, la línea de producción de la segunda fase de la compañía con una producción anual de 500 toneladas ha completado el trabajo de diseño del proceso de producción y está planeando comenzar la construcción en Caofeidian antes de fin de año.

Entonces, ¿cómo puede el grafito convertirse en grafeno? "Debido a que la fuerza entre la hoja de grafito y la capa es débil, la mayor parte de nuestro grafeno común se desprende de la hoja de grafito". Meng Ying dijo que el método de sacar grafeno con cinta obviamente no es adecuado para la producción industrial. En la actualidad, existen principalmente tecnologías de preparación de lotes de grafeno como la deposición química en fase de vapor, el método redox y el método de carburo de silicio pirolítico, pero solo unas pocas empresas en el mundo pueden llevar a cabo la producción industrial.

Desde principios de 2009, conociendo el grafeno, Ying Meng ha estado tratando de averiguar las razones por las que la tecnología de preparación existente no produce energía. Después de varios años de investigación, su equipo hizo un enfoque único basado en el método redox, cambió la tecnología de preparación existente y diseñó la tecnología de producción y el equipo con derechos de propiedad intelectual independientes, haciendo realidad la producción en masa.

Echó un vistazo al papel A4 y dijo: "El bloque de grafito tiene una estructura en capas como este papel crepé. Después del método de procesamiento anterior, la distancia entre el papel y el papel se puede ampliar, pero cada papel también estará cerca de el papel de las capas superior e inferior, y es difícil despegarlo de un trozo de papel. Algunos de ellos están atados y otros retorcidos, y la probabilidad de formar un microchip de 5 o menos es pequeña . "

Cuando se encuentra la causa raíz, el problema está resuelto. "La clave es separar cada hoja de papel de manera uniforme". Ying Meng dijo que si el método original es cortar con un cuchillo, el nuevo proceso es más como colocar un explosivo entre cada hoja de papel. "Todas las" dinamitas "trabajarán juntas al mismo tiempo, de modo que un trozo de papel se freirá uniformemente en trozos de papel esparcidos.

"Si el papel arruinado está demasiado cerca, se reunirá, por lo que será abandonado". Ying Meng dijo que este problema se puede resolver con métodos químicos y físicos, de modo que cada pequeño trozo de papel pierde su reunión. Actuación, conviértete en un individuo independiente, incluso si te acercas, no puedes reunirte.

En este sentido, Ying Meng se siente bien: "Suena muy simple. Para lograr un gran avance en la producción de 1 gramo a 500 toneladas, nuestro proceso de preparación ligera se ha actualizado durante ocho generaciones en cinco años. Queremos lograr una mejor estratificación. El efecto, la selección del material y la configuración del equipo involucrados en cada paso del proceso se probarán cientos de veces como Shennong probó la hierba ".

Reducción de 800 yuanes a 25 yuanes

Desde el precio del oro hasta el precio del repollo, todavía conserva la calidad del oro.

"Lo que tenemos que hacer es tratar de reducir el grafeno del precio del oro al precio del repollo, pero aún conservando la calidad del oro". Ying Meng dijo que solo reduciendo el costo de producción, el grafeno se puede usar más ampliamente en varios campos. De lo contrario, el grafeno no se industrializará. "Por ejemplo, la batería de grafeno es realmente buena, pero si el precio es decenas de veces mayor que el de la batería de litio, ¿quién optará por comprar incluso si el rendimiento es excelente?"

"Después de la finalización de la línea de producción de 100 toneladas a fines de mayo, el costo de los microchips de grafeno producidos por nosotros se reducirá a 1 gramo de 25 yuanes, mucho más bajo que el precio de mercado de 800 yuanes por gramo". Meng Ying cree que el costo se reduce en gran medida, lo que hará que el grafeno tenga la ventaja de costo de participar en la competencia del mercado.

¿Cómo se puede reducir el costo del grafeno? “La reducción de costos se logra principalmente a través de mejoras tecnológicas”. Meng Ying dijo que para lograr la producción anual de cientos de toneladas, siempre que se pueda realizar una línea de producción, y el equipo óptico técnico original será decenas de miles, solo este. Es necesario invertir miles de millones de dólares, sin mencionar la depreciación del equipo, los salarios del personal y otros gastos. Además, con cientos de dólares de materias primas en lugar de decenas de miles de dólares, el cribado de materias primas también juega un papel importante en la reducción de costos.

Usó la batería 18650 utilizada en los vehículos eléctricos Tesla como ejemplo. Según el cálculo de 25 yuanes por gramo de grafeno, cada batería necesita alrededor de 1,2 gramos de grafeno y el costo es de 30 yuanes. Esto no es muy diferente del precio de las baterías de litio ordinarias. Grande. Sin embargo, la vida útil de la batería de grafeno es 10.000 veces, 10 veces mayor que la de la batería convencional. Diez baterías convencionales pueden alcanzar la vida útil de una batería de grafeno, y se calcula que el precio de la batería de grafeno es menor.

"25 Yuan está lejos de alcanzar el límite de costo. Con el aumento de la profundidad de investigación y desarrollo y la mejora del proceso de preparación, el costo será cada vez menor. Nuestro objetivo es 1 gramo o incluso menor". Ying Meng está sobrio. El entendimiento de que cuanto más bajo es el precio del grafeno, mayor es la demanda, y el aumento de la demanda también promoverá la expansión de la escala de la industria, que es un círculo virtuoso.

"Al tiempo que reducimos los costos, también debemos garantizar la calidad del grafeno, por lo que los materiales de grafeno serán más valiosos". Ying Meng explicó que la superficie específica es un criterio importante para evaluar la calidad de los productos de grafeno. El área de superficie específica del grafeno es mayor, cuanto mayor es la tasa de una sola capa, mejor es la calidad.

La inestabilidad de la calidad del grafeno también afectará el rendimiento de los productos de la cadena industrial aguas abajo. Por ejemplo, Ying Meng dijo: “Por ejemplo, diferentes lotes de grafeno tienen una gran diferencia en el área de superficie específica. Si se convierten en baterías de grafeno, entonces parte de la capacidad es 1,1 veces mayor que la de las baterías de litio ordinarias, algunas son 1,3 veces y otras incluso más. Afectará el rendimiento de los vehículos eléctricos ".

"El producto primario de grafeno producido por nuestra tecnología tiene una superficie específica de aproximadamente 550 metros cuadrados por gramo, y el resultado de prueba más alto puede alcanzar aproximadamente 1000 metros cuadrados". Según Ying Meng, al controlar la calidad de la materia prima y el proceso de producción, la cantidad de capas de grafeno producidas por la empresa se mantiene estable por debajo de las 5 capas.

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