さまざまな種類のリチウムパワーバッテリーブラックテクノロジー、実際、原理は同じですか？

40億年前から200年前の産業革命まで、人間社会でエネルギーを使用するプロセスは、光合成の使用です。ワットが第二次産業革命の内燃機関である蒸気機関を発明した一方で、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。近年、人間はエネルギーの総合的な利用に注目しており、エネルギーの効率的な収集、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、それが最初に電気に変換されます。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。

Lu Yunfeng教授は、「Intellectual Energy International Forum」で、電池の種類はさまざまであると述べましたが、目的は同じ目標を達成することです。彼らは、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。では、どのようにしてバッテリーを完成させますか？自然に戻ると、光合成が地球上で最も原始的なエネルギー変換のプロセスであることがわかります。

日光は水をクロロフィル上で電子とプロトンに分解し、電子には電子チャネルがあり、プロトンにはプロトンチャネルがあります。内部合成により、二酸化炭素は炭化水素材料に変わります。このプロセスで最も重要なことは、独立した陽子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、グラファイトに対する最初のリン酸鉄リチウムです。負極にはグラファイト、正極にはリン酸鉄リチウム。放電中、グラファイトに埋め込まれたリチウムは電子を失い、リチウムイオンに変わります。リチウムイオンは使い果たされ、リン酸鉄リチウムとともにリン酸鉄に変わります。

リチウムイオンと電子の関係は相互に依存しています。電子がなければ、イオンはありません。イオンがなければ、電子はありません。 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が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、長寿命の電池に組み込み、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、材料から一生懸命働くことができます。リチウムイオン電池の材料は一般に導電率が低く、カーボンコーティングは導電率を高めることができます。リチウムイオンの伝導性が十分でなく、粒子を小さくすることができるので、リチウムイオンが長距離を移動する必要がありません。そのため、リチウムパワーバッテリーの電極材料が市場でますます小さくなっている理由は、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はほぼ同じです。電極材料には導電性イオンも必要です。研究のための解決策は、グラフェン、1つはカーボンチューブ、そしてもちろん他のカーボン材料を使用することです。次に、材料をナノ粒子にするか、ナノワイヤーをカーボンチューブと組み合わせて、イオンを伝導するプロセスを実現し、構造を安定させることができます。

ナノワイヤを例にとると、ナノワイヤとカーボンチューブを備えた複合構造は非常に導電性が高く、スーパーキャパシタの優れた材料です。イオン化を速くするために、五酸化バナジウムも使用されています。これは、それ自体に大きなスペースがある層状材料であり、層の間隔を0.35nmから0.45nmにさらに増やすことができます。リチウムイオンはより速く走ります。この複合材料は、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、ナトリウムは安価であり、埋蔵量はリチウムよりはるかに多いのです。

ナノ粒子も同じですが、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、別の方法は、小さなナノ粒子を球状チューブとカーボンチューブに組み立てることです。このような構造により、バッテリーの倍率を高め、寿命を延ばすことができます。

ナノ粒子はしばしば親油性、つまり天然の撥水性になることは言及する価値があります。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、最初に少量のアクリル酸をカーボンチューブに吸着させることができます。

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、または導電性材料を直接噴霧乾燥して、個々の粒子を形成します。これは、噴霧プロセス中に、カーボンチューブが突出して酸化鉄などの材料と特殊な構造を形成するため、材料の外側は導電性ではなく、内側は良好な導電性を有するという利点があります。この技術原理は、粉乳の噴霧と同じくらい簡単に工業化できます。

電池の材質は、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、研究者らは電解質中のマイナスイオンを実現できる添加剤を開発しており、プラスイオンのみが移動します。その結果、リチウムイオンの移動速度が幾何学的に増加し、バッテリーを高速で充電および放電して、急速充電を実現できます。

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