まばゆいばかりのリチウム電池ブラック技術、原理は常に変化していますか？

40億年前から200年前までの人間社会のエネルギー使用の歴史は、光合成の使用でした。ワットは第二次産業革命の内燃機関である蒸気機関を発明し、人間は石炭や石油などの化石エネルギーを使い始めました。最近、人類はエネルギーの総合的な利用に注目しており、効率的なエネルギーの収集、貯蔵、輸送が求められています。

人間はすべてのエネルギーを集め、最初にそれを電気に変換します。電気エネルギーの貯蔵は、コンデンサーからバッテリー、燃料電池、スーパーキャパシターに至るまで、電気化学デバイスによって支配されるエネルギーの使用において最優先事項になっています。さまざまなアプリケーションがさまざまな電気化学デバイスを使用します。

Luyunfeng教授は、スマートエネルギーに関する国際フォーラムで、バッテリーの種類はさまざまであると述べましたが、目的は実際には同じです。彼らは皆、電力を大きくし、容量密度を高くし、寿命を長くしたいと考えています。どうやってバッテリーを作りますか？光合成は地球上で最も原始的なエネルギー変換プロセスであるため、自然界に戻ります。

日光は水をクロロフィル内で電子とプロトンに分解します。電子には電子チャネルがあり、陽子には陽子チャネルがあります。二酸化炭素は、内部合成によって炭化水素材料に変換されます。このプロセスで最も重要なことは、独立したプロトンチャネルと電子チャネルを持つことです。

これはリチウム電池でも同じです。リチウムイオン電池は、もともとリン酸鉄リチウムとグラファイトでした。負のグラファイト、正のリン酸鉄リチウム。放電すると、グラファイトに埋め込まれたリチウムは電子を失い、リチウムイオンになり、リン酸鉄がなくなるとリン酸鉄リチウムになります。

リチウムイオンと電子の関係は相互に依存しています。電子のないイオンはありませんし、イオンのない電子もありません。 2つの間の遅い速度は、バッテリーの電力を決定します。さらに、リチウムイオンチャネルと導電線の安定性はバッテリーの寿命に影響を与えます。

このプロセスから、リチウムイオン電池を高エネルギー密度、高出力、長寿命の電池にするためには、効率的で安定したイオン電子チャネルを確立することが重要であることがわかります。

効率的で独立したイオン電子チャネルの確立は、材料から機能することができます。リチウムイオン電池の材料は一般に導電性が低く、木炭は導電性を高める可能性があります。リチウムイオンの導電率も十分ではありません。粒子を小さくして、リチウムイオンが長距離を移動する必要がないようにすることができます。そのため、市場に出回っているリチウム電池の電極材料はますます小さくなっています。さらに、小さな粒子は構造をより安定させることができます。

現在、リチウム電池の研究の方向性もほとんど同じです。電極材料にはイオンと電子が必要です。科学的な解決策は、グラフェン、カーボンチューブ、そしてもちろん他のカーボン化合物を使用することです。次に、材料をナノ粒子にするか、ナノワイヤをカーボンチューブと組み合わせて、電子イオンを伝導するプロセスを実現し、構造を非常に安定させることができます。

例としてナノワイヤーを取り上げます。カーボンチューブと交差するナノワイヤと複合構造は、非常に優れた導電性を持ち、スーパーキャパシタの優れた材料です。イオン伝導性を速くするために、五酸化バナジウムも使用されます。層状の素材で、それ自体に広いスペースがあります。層の間隔を0.35ナノメートルから0.45ナノメートルにさらに拡大できます。リチウムイオンはより速く動きます。この複合体は、スーパーキャパシターの材料としてだけでなく、ナトリウム電池やナトリウムコンデンサーの材料としても使用できます。結局のところ、ナトリウムはリチウムよりも安価ではるかに豊富です。

ナノ粒子も一般的ですが、より多くの研究が行われています。ナノ粒子をカーボンチューブと直接混合することに加えて、小さなナノ粒子を球体とカーボンチューブに組み立てる方法もあります。この構造により、バッテリーの倍加率が高くなり、寿命が長くなります。

ナノ粒子はしばしば油性、つまり自然の水の反発になります。もう1つは親水性で、特別な処理が必要です。通常、カーボンチューブはアクリル酸を吸着しやすいので、ナノ粒子をカーボンチューブと組み合わせると、カーボンチューブは最初に少量のアクリル酸を吸着することができます。

さらに、噴霧乾燥と呼ばれるより簡単な方法があります。つまり、ナノ粒子、カーボンチューブ、または導電性のものを直接スプレーして乾燥させ、粒子を作成します。これの利点の1つは、スプレープロセス中にカーボンパイプが延長され、酸化鉄などの材料が特殊な構造を形成するため、材料の外側は導電性ではありませんが、内部は良好な導電性を備えています。この技術原理は、粉乳のスプレーと同じくらい簡単に工業化できます。

電池の材料には正極と負極があるだけでなく、電解質も非常に重要です。現在、研究者は電解質中の負イオンの不動性を達成することができる添加剤を開発しました、そして、正イオンだけが動きます。このように、リチウムイオンの移動速度は幾何学的な倍数によって増加し、バッテリーは高倍率で充電および放電することができ、急速充電を実現します。

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