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"Alquimista"Almíscar, acaba de fazer um avanço de 0-1 no campo de baterias de estado sólido.

TeslaA última patente foi divulgada ao público e fala sobre a melhoria do ciclo de vida da bateria por meio de novos materiais.

Quanto melhorou? Cerca de 10%.

Não é muito bom?

Mas a nova conquista de Tesla é transformar pela primeira vez em realidade um material de cátodo de bateria até então apenas teoricamente viável, abrindo uma nova porta para o desenvolvimento subsequente da tecnologia de baterias de estado sólido.

A aplicação de novos materiais pode mais uma vez reescrever o campo energético.

O que há de tão bom nos novos materiais de bateria da Tesla?

Vejamos primeiro os resultados experimentais:

Durante 50 ciclos de carga e descarga, a capacidade total da bateria feita com o novo material catódico da Tesla caiu para cerca de 94%.

Em experimentos comparativos, a capacidade total das baterias sem a nova fórmula de Tesla diminuiu cerca de 10%.

Se calculado com base na quilometragem absoluta, carregar e descarregar 50 vezes equivaleria a cerca de 20.000 quilômetros de uso do carro.

Portanto, se colocarmos isso na situação real de carros familiares comuns com pelo menos 60.000 a 70.000 quilômetros ou mesmo 100.000 quilômetros, a melhoria da atenuação da bateria pelos novos materiais catódicos da Tesla é na verdade muito limitada. Em outras palavras, ainda há um longo caminho a percorrer antes da produção em massa real.

No entanto, a grande vantagem da nova patente da Tesla é que ela resolve um problema de longa data na indústria de baterias——Materiais catódicos ricos em manganês。

O truque é polvilhar uma pitada de carbonato de sódio.

Baterias de estado sólido estão na estrada, o carbonato de sódio faz diferença?

Quanto às baterias, todos estão familiarizados com elas. O princípio principal é que a reação redox é realizada em circuito fechado.

Durante o processo de descarga da bateria, o eletrodo positivo da bateria é composto por um oxidante com potencial relativamente positivo e estável no eletrólito. O eletrodo positivo obtém elétrons durante a reação, o que significa que os elétrons do eletrodo negativo atingem o eletrólito. eletrodo positivo através do eletrólito e reduzir os íons carregados positivamente, que são liberados no processo.

O carregamento é a reação de oxidação oposta.

Eletrodo positivo - eletrólito - eletrodo negativo, esta estrutura básica nunca mudou desde que Volta inventou a bateria em 1799.

Qualquer inovação relacionada com baterias é uma “alquimia” destas três partes.

Por exemplo, o atual conceito popular de bateria de estado sólido é substituir o eletrólito líquido nas baterias tradicionais por eletrólitos sólidos para obter tamanho pequeno, grande capacidade e características de carga e descarga rápidas.

Mas a melhoria do desempenho da bateria não está apenas no nível do eletrólito, mas também a inovação de materiais de eletrodos positivos e negativos também é crítica.

Por exemplo, as baterias ternárias de lítio ou fosfato de ferro-lítio mais comuns recebem o nome dos materiais dos eletrodos positivos.

De modo geral, o cátodo da bateria de lítio ternária é manganato de lítio-níquel-cobalto (Li (NiCoMn) O2) ou aluminato de lítio-níquel-cobalto, e o negativo é o material de grafite. As vantagens são alta densidade de energia, velocidade rápida de carga e descarga e atenuação de luz. em baixa temperatura.

Mas as deficiências também são óbvias e o custo é elevado.PrincipalmentecobaltoEste elemento é muito menos abundante na Terra do que o manganês ou o níquel.

Portanto, o alto teor de níquel das baterias ternárias de lítio é a direção atualmente seguida. No entanto, o período estático de mineração das minas globais de níquel é de apenas 35 anos.

As baterias de fosfato de ferro-lítio têm muitas vantagens em termos de custo, mas sua durabilidade e resistência à decomposição não são tão boas quanto as de lítio ternário.

Existe algum material catódico que possa equilibrar a densidade e o custo da energia?

Existem muitas tentativas agora, uma das quais são materiais catódicos ricos em manganês, comoLiMn2O4——Óxido de lítio manganês, sintetizado artificialmente pela primeira vez em 1981, é um material catódico com um canal tridimensional de íons de lítio.

Escusado será dizer que as reservas de lítio e dimanganês na Terra são muito superiores às de cobalto e níquel.(A diferença entre bilhões de toneladas e milhões de toneladas), o problema de custo está resolvido.

Além disso, o manganato de lítio também tem as vantagens de alto potencial, respeito ao meio ambiente e alto desempenho de segurança. É reconhecido como o substituto mais promissor do óxido de lítio-cobalto LiCoO2 como material catódico da nova geração de baterias de íon-lítio.

Na próxima geração de tecnologia de bateria de estado sólido, a combinação de materiais catódicos ricos em manganês e ânodos metálicos compostos de lítio tornou-se uma rota promissora para a produção em massa.

Mas há um "mas" em tudo. Os materiais catódicos ricos em manganês, incluindo o manganato de lítio, têm uma falha fatal, ou seja, a capacidade da bateria diminui rapidamente e a vida útil da bateria é seriamente atenuada.

O mecanismo envolve vários fatores. Por um lado, durante o processo de carga e descarga, os íons de manganês tendem a se dissolver no eletrólito, fazendo com que o teor de manganês no material diminua, causando assim a atenuação da tensão.

Por outro lado, o dano estrutural do material do cátodo também é um fator importante na atenuação da tensão. Durante o processo de carga e descarga, o material catódico rico em lítio à base de manganês sofrerá alterações de volume, causando deformação e fratura do cristal, destruindo assim a estrutura do material e causando ainda mais atenuação de tensão.

Portanto, o método também pode partir desses dois aspectos.

A nova patente de Tesla usa um método de dopagem de quantidades apropriadas de íons de metais de transição para melhorar a textura e estabilidade do material, reduzir fenômenos de dissolução e precipitação e, assim, reduzir a atenuação de tensão.

De modo geral, a dopagem de íons metálicos como zinco, ferro e níquel é aceitável.Mas considerando a exigência fundamental de “reduzir os custos da bateria”, a Tesla optou por dopar o magnésio.(fluoreto de magnésio),sódio(Carbonato de Sódio)。

Fluoreto de magnésio As pessoas comuns podem não ter muito contato com ele e geralmente é usado nas áreas de metalurgia, cerâmica e óptica.masCarbonato de SódioSomos tão familiares, certo?bicarbonato de sódioBem ~

É claro que o carbonato de sódio aqui é um produto de nível industrial e sua pureza ainda é muito diferente da do carbonato de sódio que você e eu temos em nossas cozinhas.

Embora a nova patente da Tesla seja apenas um pequeno passo no sentido de colocar materiais catódicos ricos em manganês nos carros, a sua importância não pode ser subestimada:

Transformar em realidade um material catódico de bateria que antes estava apenas “teoricamente” disponível.

Usado em baterias líquidas atuais, pode reduzir significativamente os custos e melhorar o desempenho.

Mas o que é mais importante é a aplicação de baterias de estado sólido no futuro: em termos de cátodos, materiais ricos em manganês de baixo custo e alto desempenho podem atender naturalmente às necessidades. Agora, a Tesla forneceu uma solução de baixo custo semelhante.Vida útil da bateriaplano.

A principal inovação para quebrar o triângulo aparentemente impossível entre alcance, custo e desempenho dos veículos elétricos está silenciosamente em nossas cozinhas.

O acadêmico Musk agora tem um novo título:Alquimista。

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