berita

"Ahli alkimia"Musk, baru saja membuat terobosan 0-1 di bidang baterai solid-state.

TeslaPaten terbaru telah diungkapkan ke publik, dan membahas tentang peningkatan siklus hidup baterai dengan material baru.

Seberapa besar kemajuannya? Sekitar 10%.

Tidak terlalu bagus?

Namun pencapaian baru Tesla adalah untuk pertama kalinya mengubah bahan katoda baterai yang sebelumnya hanya layak secara teoritis menjadi kenyataan, membuka pintu baru untuk pengembangan selanjutnya dari teknologi baterai solid-state.

Penerapan material baru mungkin akan mengubah medan energi lagi.

Apa hebatnya bahan baterai baru Tesla?

Mari kita lihat hasil eksperimennya terlebih dahulu:

Selama 50 siklus pengisian dan pengosongan, total kapasitas baterai yang terbuat dari bahan katoda baru Tesla berkurang menjadi sekitar 94%.

Dalam percobaan perbandingan, total kapasitas baterai tanpa formula baru Tesla menurun sekitar 10%.

Jika dihitung berdasarkan jarak tempuh absolut, pengisian dan pengosongan 50 kali berarti sekitar 20.000 kilometer pemakaian mobil.

Oleh karena itu, jika kita memasukkannya ke dalam situasi nyata mobil keluarga biasa dengan jarak tempuh setidaknya 60.000 hingga 70.000 kilometer atau bahkan 100.000 kilometer, peningkatan redaman baterai dengan bahan katoda baru Tesla sebenarnya sangat terbatas. Dengan kata lain, jalan masih panjang sebelum produksi massal sebenarnya.

Namun, hal hebat tentang paten baru Tesla adalah ia mampu mengatasi masalah lama dalam industri baterai—Bahan katoda kaya mangan。

Caranya adalah dengan menaburkan sejumput soda ash.

Baterai solid-state sedang dalam perjalanan, soda ash membuat perbedaan?

Mengenai baterai, semua orang sudah familiar dengannya. Prinsip utamanya adalah reaksi redoks terjadi dalam loop tertutup.

Selama proses pengosongan baterai, elektroda positif baterai terdiri dari oksidan dengan potensial yang relatif positif dan stabil dalam elektrolit. Elektroda positif memperoleh elektron selama reaksi, yang berarti elektron pada elektroda negatif mencapai elektroda positif melalui elektrolit dan mengurangi ion bermuatan positif, yang dilepaskan dalam proses.

Pengisian adalah reaksi oksidasi yang berlawanan.

Elektroda positif - elektrolit - elektroda negatif, struktur dasar ini tidak pernah berubah sejak Volta menemukan baterai pada tahun 1799.

Setiap inovasi terkait baterai merupakan “alkimia” dari ketiga bagian tersebut.

Misalnya, konsep baterai solid-state yang populer saat ini adalah mengganti elektrolit cair pada baterai tradisional dengan elektrolit padat untuk mencapai ukuran kecil, kapasitas besar, serta karakteristik pengisian dan pengosongan yang cepat.

Namun peningkatan performa baterai tidak hanya pada level elektrolitnya saja, inovasi material elektroda positif dan negatif juga sangat penting.

Misalnya, baterai litium terner atau baterai litium besi fosfat yang paling umum diberi nama sesuai bahan elektroda positifnya.

Secara umum, katoda baterai litium terner adalah litium nikel kobalt manganat (Li(NiCoMn)O2) atau litium nikel kobalt aluminat, dan sisi negatifnya adalah bahan grafit pada suhu rendah.

Namun kekurangannya juga jelas dan biayanya tinggi.TerutamakobaltUnsur ini jauh lebih sedikit jumlahnya di bumi dibandingkan mangan atau nikel.

Oleh karena itu, kandungan nikel yang tinggi pada baterai litium terner menjadi arah yang sedang ditempuh. Namun masa penambangan statis tambang nikel global hanya sekitar 35 tahun.

Baterai litium besi fosfat memiliki banyak keunggulan dari segi biaya, namun daya tahan dan ketahanannya terhadap pembusukan tidak sebaik litium terner.

Apakah ada bahan katoda yang dapat menyeimbangkan kepadatan dan biaya energi?

Saat ini banyak upaya yang dilakukan, salah satunya adalah bahan katoda yang kaya mangan, sepertiLiMn2O4——Litium mangan oksida, pertama kali disintesis secara artifisial pada tahun 1981, adalah bahan katoda dengan saluran ion litium tiga dimensi.

Tentu saja, cadangan litium dan dimangan di bumi jauh lebih tinggi dibandingkan dengan kobalt dan nikel.(Perbedaan antara miliar ton dan juta ton), masalah biaya terpecahkan.

Selain itu, litium manganat juga memiliki keunggulan potensi tinggi, ramah lingkungan, dan kinerja keselamatan tinggi. Ia diakui sebagai pengganti litium kobalt oksida LiCoO2 yang paling menjanjikan sebagai bahan katoda baterai litium-ion generasi baru.

Pada teknologi baterai solid-state generasi berikutnya, kombinasi bahan katoda kaya mangan dan anoda logam litium komposit telah menjadi jalur yang menjanjikan untuk produksi massal.

Namun ada "tetapi" dalam segala hal. Bahan katoda yang kaya mangan, termasuk litium manganat, memiliki kelemahan yang fatal, yaitu kapasitas baterai berkurang dengan cepat dan masa pakai baterai sangat berkurang.

Mekanismenya melibatkan banyak faktor. Di satu sisi, pada proses pengisian dan pengosongan, ion mangan cenderung larut ke dalam elektrolit sehingga menyebabkan kandungan mangan pada bahan menurun sehingga menyebabkan redaman tegangan.

Di sisi lain, kerusakan struktural bahan katoda juga merupakan faktor penting dalam redaman tegangan. Selama proses pengisian dan pengosongan, material katoda berbahan dasar mangan yang kaya litium akan mengalami perubahan volume, menyebabkan regangan dan patahnya kristal, sehingga merusak struktur material dan selanjutnya menyebabkan redaman tegangan.

Oleh karena itu, caranya juga bisa dimulai dari kedua aspek tersebut.

Paten baru Tesla menggunakan metode doping ion logam transisi dalam jumlah yang tepat untuk meningkatkan tekstur dan stabilitas material, mengurangi fenomena pelarutan dan pengendapan, dan dengan demikian mengurangi redaman tegangan.

Secara umum, doping ion logam seperti seng, besi, dan nikel dapat diterima.Namun mengingat tuntutan mendasar untuk "menurunkan biaya baterai", Tesla memilih untuk menggunakan magnesium.(magnesium fluorida),sodium(Sodium karbonat)。

Magnesium fluorida Orang awam mungkin tidak banyak berhubungan dengannya, dan umumnya digunakan di bidang metalurgi, keramik, dan optik.TetapiSodium karbonatKami sangat akrab, bukan?bubuk soda kueYa~

Tentu saja, natrium karbonat di sini adalah produk kelas industri, dan kemurniannya masih sangat berbeda dengan soda abu yang Anda dan saya miliki di dapur kita.

Meskipun paten baru Tesla hanyalah sebuah langkah kecil menuju penerapan bahan katoda kaya mangan pada mobil, signifikansinya tidak dapat diremehkan:

Mengubah bahan katoda baterai yang sebelumnya hanya tersedia “secara teoritis” menjadi kenyataan.

Digunakan pada baterai cair saat ini, ini dapat mengurangi biaya dan meningkatkan kinerja secara signifikan.

Namun yang lebih penting adalah penerapan baterai solid-state di masa depan: dalam hal katoda, bahan kaya mangan yang berbiaya rendah dan berkinerja tinggi secara alami dapat memenuhi kebutuhan tersebut.Daya tahan baterairencana.

Terobosan penting untuk memecahkan segitiga yang tampaknya mustahil dalam hal jangkauan, biaya, dan kinerja kendaraan listrik telah diam-diam ada di dapur kita.

Akademisi Musk kini memiliki gelar baru:Ahli alkimia。

— Menghubungpengarang —

— lebih —

【Referensi mobil pintar】 Konten asli dilarang direproduksi tanpa izin dari akun.

klik disini👇Ikuti aku dan ingatlah untuk menandai bintangnya ya~