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"Alchimiste"Musc, vient de réaliser une percée 0-1 dans le domaine des batteries à semi-conducteurs.

TeslaLe dernier brevet a été divulgué au public et parle de l'amélioration de la durée de vie de la batterie grâce à de nouveaux matériaux.

Dans quelle mesure s’est-il amélioré ? Environ 10%.

Pas trop génial ?

Mais la nouvelle réussite de Tesla est de transformer pour la première fois un matériau de cathode de batterie théoriquement réalisable en une réalité, ouvrant ainsi une nouvelle porte pour le développement ultérieur de la technologie des batteries à semi-conducteurs.

L’application de nouveaux matériaux pourrait une fois de plus réécrire le domaine énergétique.

Qu’y a-t-il de si génial dans les nouveaux matériaux pour batteries de Tesla ?

Examinons d'abord les résultats expérimentaux :

Au cours de 50 cycles de charge et de décharge, la capacité totale de la batterie constituée du nouveau matériau cathodique de Tesla a diminué jusqu'à environ 94 %.

Lors d'expériences comparatives, la capacité totale des batteries sans la nouvelle formule de Tesla a diminué d'environ 10 %.

Si l’on calcule sur la base du kilométrage absolu, charger et décharger 50 fois équivaudrait à environ 20 000 kilomètres d’utilisation de la voiture.

Par conséquent, si nous le plaçons dans la situation réelle des voitures familiales ordinaires avec au moins 60 000 à 70 000 kilomètres, voire 100 000 kilomètres, l'amélioration de l'atténuation de la batterie grâce aux nouveaux matériaux cathodiques de Tesla est en réalité très limitée. En d’autres termes, il reste encore un long chemin à parcourir avant une véritable production de masse.

Cependant, l’avantage du nouveau brevet de Tesla est qu’il résout un problème de longue date dans l’industrie des batteries——Matériaux cathodiques riches en manganèse。

L’astuce consiste à saupoudrer une pincée de carbonate de sodium.

Les batteries à semi-conducteurs sont sur la route, le carbonate de sodium fait une différence ?

Quant aux batteries, tout le monde les connaît. Le principe principal est que la réaction redox est réalisée en boucle fermée.

Pendant le processus de décharge de la batterie, l'électrode positive de la batterie est composée d'un oxydant avec un potentiel relativement positif et stable dans l'électrolyte. L'électrode positive obtient des électrons pendant la réaction, ce qui signifie que les électrons de l'électrode négative atteignent l'électrolyte. électrode positive à travers l'électrolyte et réduire les ions chargés positivement, qui sont libérés dans l'énergie du processus.

La charge est la réaction d’oxydation opposée.

Électrode positive - électrolyte - électrode négative, cette structure de base n'a jamais changé depuis que Volta a inventé la pile en 1799.

Toute innovation liée aux batteries est une « alchimie » de ces trois parties.

Par exemple, le concept actuel de batterie à semi-conducteurs populaire consiste à remplacer l’électrolyte liquide des batteries traditionnelles par des électrolytes solides pour obtenir une petite taille, une grande capacité et des caractéristiques de charge et de décharge rapides.

Mais l’amélioration des performances de la batterie ne se limite pas au niveau de l’électrolyte, mais l’innovation des matériaux d’électrodes positives et négatives est également essentielle.

Par exemple, les batteries ternaires au lithium ou au lithium fer phosphate les plus courantes portent le nom des matériaux des électrodes positives.

D'une manière générale, la cathode de la batterie ternaire au lithium est du manganate de lithium-nickel-cobalt (Li(NiCoMn)O2) ou de l'aluminate de lithium-nickel-cobalt, et le négatif est un matériau en graphite. Les avantages sont une densité d'énergie élevée, une vitesse de charge et de décharge rapide et une atténuation de la lumière. à basse température.

Mais les inconvénients sont également évidents et le coût est élevé.PrincipalementcobaltCet élément est bien moins abondant sur terre que le manganèse ou le nickel.

Par conséquent, la teneur élevée en nickel des batteries au lithium ternaire est la direction actuellement poursuivie. Cependant, la période d’exploitation statique des mines mondiales de nickel n’est que d’environ 35 ans.

Les batteries au lithium fer phosphate présentent de nombreux avantages en termes de coût, mais leur endurance et leur résistance à la dégradation ne sont pas aussi bonnes que celles du lithium ternaire.

Existe-t-il des matériaux cathodiques capables d’équilibrer la densité énergétique et le coût ?

Il existe actuellement de nombreuses tentatives, dont l'une concerne les matériaux cathodiques riches en manganèse, tels queLiMn2O4——Oxyde de lithium et de manganèse, synthétisé artificiellement pour la première fois en 1981, est un matériau cathodique doté d'un canal lithium-ion tridimensionnel.

Il va sans dire que les réserves terrestres de lithium et de dimanganèse sont bien supérieures à celles de cobalt et de nickel.(La différence entre milliards de tonnes et millions de tonnes), le problème des coûts est résolu.

En outre, le manganate de lithium présente également les avantages d'un potentiel élevé, d'un respect de l'environnement et de performances de sécurité élevées. Il est reconnu comme le remplacement le plus prometteur de l'oxyde de lithium et de cobalt LiCoO2 en tant que matériau cathodique de la nouvelle génération de batteries lithium-ion.

Dans la prochaine génération de technologie de batteries à semi-conducteurs, la combinaison de matériaux cathodiques riches en manganèse et d’anodes composites au lithium métal est devenue une voie prometteuse pour la production de masse.

Mais il y a un « mais » dans tout. Les matériaux cathodiques riches en manganèse, y compris le manganate de lithium, ont un défaut fatal, c'est-à-dire que la capacité de la batterie diminue rapidement et que sa durée de vie est sérieusement atténuée.

Le mécanisme implique plusieurs facteurs. D'une part, pendant le processus de charge et de décharge, les ions manganèse ont tendance à se dissoudre dans l'électrolyte, provoquant une diminution de la teneur en manganèse du matériau, provoquant ainsi une atténuation de la tension.

D’un autre côté, les dommages structurels du matériau de la cathode constituent également un facteur important d’atténuation de la tension. Au cours du processus de charge et de décharge, le matériau cathodique à base de manganèse riche en lithium subira des changements de volume, provoquant une déformation et une fracture du cristal, détruisant ainsi la structure du matériau et provoquant davantage une atténuation de tension.

La méthode peut donc également partir de ces deux aspects.

Le nouveau brevet de Tesla utilise une méthode de dopage de quantités appropriées d'ions de métaux de transition pour améliorer la texture et la stabilité du matériau, réduire les phénomènes de dissolution et de précipitation, et ainsi réduire l'atténuation de tension.

D'une manière générale, le dopage d'ions métalliques tels que le zinc, le fer et le nickel est acceptable.Mais compte tenu de l’exigence fondamentale de « réduire les coûts des batteries », Tesla a choisi de doper le magnésium.(fluorure de magnésium),sodium(Le carbonate de sodium)。

Fluorure de magnésium Les gens ordinaires n’ont pas beaucoup de contact avec lui et il est généralement utilisé dans les domaines de la métallurgie, de la céramique et de l’optique.maisLe carbonate de sodiumNous sommes si familiers, n'est-ce pas ?bicarbonate de soudeEh bien ~

Bien sûr, le carbonate de sodium ici est un produit de qualité industrielle, et sa pureté est encore très différente de celle du carbonate de sodium que vous et moi avons dans nos cuisines.

Bien que le nouveau brevet de Tesla ne représente qu’un petit pas vers l’utilisation de matériaux cathodiques riches en manganèse sur les voitures, son importance ne peut être sous-estimée :

Transformer un matériau de cathode de batterie qui n’était auparavant disponible que « théoriquement » en réalité.

Utilisé dans les batteries liquides actuelles, il permet de réduire considérablement les coûts et d’améliorer les performances.

Mais ce qui est plus important, c'est l'application future des batteries à semi-conducteurs : en termes de cathodes, des matériaux riches en manganèse, peu coûteux et performants, peuvent naturellement répondre aux besoins. Aujourd'hui, Tesla propose une solution tout aussi peu coûteuse.Vie de la batterieplan.

L’avancée clé pour briser le triangle apparemment impossible de l’autonomie, du coût et des performances des véhicules électriques se trouve tranquillement dans nos cuisines.

L'académicien Musk a désormais un nouveau titre :Alchimiste。

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