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"Alchimista"Muschio, ha appena ottenuto uno 0-1 nel campo delle batterie allo stato solido.

TeslaL'ultimo brevetto è stato reso pubblico e parla del miglioramento della durata del ciclo della batteria grazie a nuovi materiali.

Quanto è migliorato? Circa 10%.

Non troppo eccezionale?

Ma il nuovo risultato di Tesla è quello di trasformare per la prima volta in realtà un materiale catodico per batterie precedentemente solo teoricamente fattibile, aprendo una nuova porta per il successivo sviluppo della tecnologia delle batterie a stato solido.

L’applicazione di nuovi materiali potrebbe ancora una volta riscrivere il campo energetico.

Cosa c’è di così straordinario nei nuovi materiali delle batterie Tesla?

Diamo prima un’occhiata ai risultati sperimentali:

Durante 50 cicli di carica e scarica, la capacità totale della batteria realizzata con il nuovo materiale catodico di Tesla è scesa a circa il 94%.

Negli esperimenti comparativi, la capacità totale delle batterie senza la nuova formula di Tesla è diminuita di circa il 10%.

Se calcolato in base al chilometraggio assoluto, caricare e scaricare 50 volte equivarrebbe a circa 20.000 chilometri di utilizzo dell'auto.

Pertanto, se lo consideriamo nella situazione reale delle normali auto familiari con almeno 60.000-70.000 chilometri o addirittura 100.000 chilometri, il miglioramento dell'attenuazione della batteria grazie ai nuovi materiali catodici di Tesla è in realtà molto limitato. In altre parole, c’è ancora molta strada da fare prima della vera e propria produzione di massa.

Tuttavia, il bello del nuovo brevetto di Tesla è che risolve un problema di vecchia data nel settore delle batterie:Materiali catodici ricchi di manganese。

Il trucco è cospargere un pizzico di carbonato di sodio.

Le batterie allo stato solido sono in viaggio, il carbonato di sodio fa la differenza?

Per quanto riguarda le batterie, tutti le conoscono. Il principio principale è che la reazione redox avviene in un circuito chiuso.

Durante il processo di scarica della batteria, l'elettrodo positivo della batteria è composto da un ossidante con un potenziale relativamente positivo e stabile nell'elettrolita. L'elettrodo positivo ottiene elettroni durante la reazione, il che significa che gli elettroni sull'elettrodo negativo raggiungono elettrodo positivo attraverso l'elettrolita e ridurre gli ioni caricati positivamente, che vengono rilasciati nel processo di energia.

La carica è la reazione di ossidazione opposta.

Elettrodo positivo - elettrolita - elettrodo negativo, questa struttura di base non è mai cambiata da quando Volta inventò la pila nel 1799.

Qualsiasi innovazione legata alle batterie è una "alchimia" di queste tre parti.

Ad esempio, l’attuale concetto popolare delle batterie a stato solido è quello di sostituire l’elettrolita liquido nelle batterie tradizionali con elettroliti solidi per ottenere dimensioni ridotte, grande capacità e caratteristiche di carica e scarica rapide.

Ma il miglioramento delle prestazioni della batteria non avviene solo a livello dell’elettrolita, ma è fondamentale anche l’innovazione dei materiali degli elettrodi positivi e negativi.

Ad esempio, le batterie ternarie al litio o al litio ferro fosfato più comuni prendono il nome dai materiali dell'elettrodo positivo.

In generale, il catodo della batteria al litio ternaria è il manganato di litio-nichel-cobalto (Li(NiCoMn)O2) o l'alluminato di litio-nichel-cobalto, mentre il negativo è il materiale di grafite. I vantaggi sono l'elevata densità di energia, la velocità di carica e scarica rapida e l'attenuazione della luce a bassa temperatura.

Ma anche le carenze sono evidenti e i costi elevati.PrincipalmentecobaltoQuesto elemento è molto meno abbondante sulla terra del manganese o del nichel.

Pertanto, l’elevato contenuto di nichel delle batterie al litio ternarie è la direzione attualmente perseguita. Tuttavia, il periodo di estrazione statica delle miniere di nichel globali è di soli 35 anni circa.

Le batterie al litio ferro fosfato presentano molti vantaggi in termini di costi, ma la loro durata e resistenza al decadimento non sono buone come quelle al litio ternario.

Esistono materiali catodici in grado di bilanciare densità energetica e costi?

Ora ci sono molti tentativi, uno dei quali riguarda materiali catodici ricchi di manganese, comeLiMn2O4——Ossido di litio e manganese, sintetizzato artificialmente per la prima volta nel 1981, è un materiale catodico con un canale tridimensionale degli ioni di litio.

Inutile dire che le riserve di litio e dimanganese sulla terra sono molto più elevate di quelle di cobalto e nichel.(La differenza tra miliardi di tonnellate e milioni di tonnellate), il problema dei costi è risolto.

Inoltre, il manganato di litio presenta anche i vantaggi di un elevato potenziale, rispetto dell'ambiente ed elevate prestazioni di sicurezza. È riconosciuto come il sostituto più promettente dell'ossido di litio cobalto LiCoO2 come materiale catodico della nuova generazione di batterie agli ioni di litio.

Nella prossima generazione di tecnologia delle batterie a stato solido, la combinazione di materiali catodici ricchi di manganese e anodi compositi di litio metallico è diventata una strada promettente per la produzione di massa.

Ma c'è un "ma" in tutto. I materiali catodici ricchi di manganese, incluso il manganato di litio, hanno un difetto fatale, cioè la capacità della batteria diminuisce rapidamente e la durata della batteria viene seriamente ridotta.

Il meccanismo coinvolge molteplici fattori. Da un lato, durante il processo di carica e scarica, gli ioni di manganese tendono a dissolversi nell'elettrolita, facendo diminuire il contenuto di manganese nel materiale, provocando così un'attenuazione della tensione.

D'altra parte, anche il danno strutturale del materiale del catodo è un fattore importante nell'attenuazione della tensione. Durante il processo di carica e scarica, il materiale catodico a base di manganese ricco di litio subirà variazioni di volume, causando deformazioni e fratture del cristallo, distruggendo così la struttura del materiale e provocando ulteriormente l'attenuazione della tensione.

Pertanto il metodo può partire anche da questi due aspetti.

Il nuovo brevetto di Tesla utilizza un metodo per drogare quantità appropriate di ioni di metalli di transizione per migliorare la struttura e la stabilità del materiale, ridurre i fenomeni di dissoluzione e precipitazione e quindi ridurre l'attenuazione della tensione.

In generale, il drogaggio di ioni metallici come zinco, ferro e nichel è accettabile.Ma considerando la richiesta fondamentale di “ridurre i costi della batteria”, Tesla ha scelto di drogare il magnesio.(fluoruro di magnesio),sodio(Carbonato di sodio)。

Fluoruro di magnesio La gente comune potrebbe non avere molti contatti con esso ed è generalmente utilizzato nei campi della metallurgia, della ceramica e dell'ottica.MaCarbonato di sodioSiamo così familiari, vero?bicarbonato di sodioBene~

Naturalmente, il carbonato di sodio qui è un prodotto di livello industriale e la sua purezza è ancora molto diversa dal carbonato di sodio che io e te abbiamo nelle nostre cucine.

Sebbene il nuovo brevetto di Tesla sia solo un piccolo passo verso l’introduzione di materiali catodici ricchi di manganese sulle automobili, il suo significato non può essere sottovalutato:

Trasformare in realtà il materiale catodico di una batteria che prima era disponibile solo “teoricamente”.

Utilizzato nelle attuali batterie a liquido, può ridurre significativamente i costi e migliorare le prestazioni.

Ma ciò che è più importante è l’applicazione delle batterie a stato solido in futuro: in termini di catodi, materiali ricchi di manganese a basso costo e ad alte prestazioni possono naturalmente soddisfare le esigenze. Ora Tesla ha fornito una soluzione altrettanto economica.Durata della batteriapiano.

La svolta decisiva per risolvere il triangolo apparentemente impossibile tra autonomia, costi e prestazioni dei veicoli elettrici è rimasta nascosta nelle nostre cucine.

L'accademico Musk ora ha un nuovo titolo:Alchimista。

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