Batteria Al Litio Aria: Apre la strada agli aerei passeggeri elettrici

Di Fouad Sabry

Cos'è la batteria al litio-aria

La batteria al litio-aria, nota anche come batteria al litio, è una sorta di cella elettrochimica metallo-aria o chimica della batteria. Funziona inducendo un flusso di corrente mediante l'ossidazione del litio all'anodo e la riduzione dell'ossigeno al catodo.

Come ne trarrai vantaggio

(I) Approfondimenti e convalide sui seguenti argomenti:

Capitolo 1: Batteria al litio-aria

Capitolo 2: Elettrodo

Capitolo 3: Ioni di litio batteria

Capitolo 4: Batteria zinco-aria

Capitolo 5: Nanobatterie

Capitolo 6: Condensatore agli ioni di litio

Capitolo 7: Batteria al litio-zolfo

Capitolo 8: Batteria agli ioni di litio a film sottile

Capitolo 9: Batteria allo stato solido

Capitolo 10: Nanoarchitetture per gli ioni di litio batterie

Capitolo 11: Cella elettrochimica metallo-aria

Capitolo 12: Batteria agli ioni di potassio

Capitolo 13: Separatore (elettricità)

Capitolo 14: Batteria agli ioni di sodio

Capitolo 15: Peter Bruce

Capitolo 16: Batteria agli ioni di alluminio

Capitolo 17: Ricerca sulle batterie agli ioni di litio

Capitolo 18: Batteria al magnesio

Capitolo 19: Batteria al vetro

Capitolo 20: C batteria alcium

Capitolo 21: Storia della batteria agli ioni di litio

(II) Risposte alle principali domande del pubblico sulla batteria al litio-aria.

(III) Vero esempi mondiali per l'utilizzo della batteria al litio aria in molti campi.

(IV) 17 appendici per spiegare, brevemente, 266 tecnologie emergenti in ciascun settore per avere una comprensione completa a 360 gradi delle tecnologie delle batterie al litio aria.

A chi è rivolto questo libro

Professionisti, studenti universitari e laureati, appassionati, hobbisti e coloro che vogliono andare oltre le conoscenze o le informazioni di base per qualsiasi tipo di batteria al litio aria.

• Lingua: Italiano
• Editore: Un Miliardo Di Ben Informato [Italian]
• Data di uscita: 7 nov 2022

Anteprima del libro

Diritto d’autore

Batteria al litio aria Copyright © 2022 di Fouad Sabry. Tutti i diritti riservati.

Tutti i diritti riservati. Nessuna parte di questo libro può essere riprodotta in qualsiasi forma o con qualsiasi mezzo elettronico o meccanico, compresi i sistemi di archiviazione e recupero delle informazioni, senza il permesso scritto dell'autore. L'unica eccezione è quella di un recensore, che può citare brevi estratti in una recensione.

Copertina disegnata da Fouad Sabry.

Questo libro è un'opera di finzione. Nomi, personaggi, luoghi e incidenti sono prodotti dell'immaginazione dell'autore o sono usati fittiziamente. Qualsiasi somiglianza con persone reali, vive o morte, eventi o luoghi è del tutto casuale.

Bonus

Puoi inviare un'e-mail a [e-mail] con oggetto Lithium Air Battery: Paving the way for electric passenger planes e riceverai un'e-mail che contiene i primi capitoli di questo libro.

Fouad Sabry

Visita il sito web di 1BK all'indirizzo

www.1BKOfficial.org

Prefazione

Perché ho scritto questo libro?

La storia della scrittura di questo libro è iniziata nel 1989, quando ero uno studente della Secondary School of Advanced Students.

È straordinariamente simile alle scuole STEM (Scienza, Tecnologia, Ingegneria e Matematica), che sono ora disponibili in molti paesi avanzati.

STEM è un curriculum basato sull'idea di educare gli studenti in quattro discipline specifiche - scienza, tecnologia, ingegneria e matematica - in un approccio interdisciplinare e applicato. Questo termine è tipicamente usato per indirizzare una politica educativa o una scelta di curriculum nelle scuole. Ha implicazioni per lo sviluppo della forza lavoro, le preoccupazioni per la sicurezza nazionale e la politica di immigrazione.

C'era una lezione settimanale in biblioteca, dove ogni studente è libero di scegliere qualsiasi libro e leggere per 1 ora. L'obiettivo del corso è quello di incoraggiare gli studenti a leggere materie diverse dal curriculum educativo.

In biblioteca, mentre guardavo i libri sugli scaffali, ho notato libri enormi, per un totale di 5.000 pagine in 5 parti. Il nome del libro è The Encyclopedia of Technology, che descrive tutto ciò che ci circonda, dallozero assoluto ai semiconduttori, quasi ogni tecnologia, a quel tempo, era spiegata con illustrazioni colorate e parole semplici. Ho iniziato a leggere l'enciclopedia e, naturalmente, non sono stato in grado di finirlo nella lezione settimanale di 1 ora.

Così, ho convinto mio padre a comprare l'enciclopedia. Mio padre ha comprato tutti gli strumenti tecnologici per me all'inizio della mia vita, il primo computer e la prima enciclopedia tecnologica, ed entrambi hanno un grande impatto su di me e sulla mia carriera.

Ho finito l'intera enciclopedia nelle stesse vacanze estive di quest'anno, e poi ho iniziato a vedere come funziona l'universo e come applicare quella conoscenza ai problemi quotidiani.

La mia passione per la tecnologia è iniziata più di 30 anni fa e ancora il viaggio continua.

Questo libro fa parte di The Encyclopedia of Emerging Technologies che è il mio tentativo di dare ai lettori la stessa straordinaria esperienza che ho avuto quando ero al liceo, ma invece delle tecnologie del 20 ° secolo  , sono più interessato alle tecnologie, alle applicazioni e alle soluzioni industriali emergenti del 21° secolo.

The Encyclopedia of Emerging Technologies sarà composto da 365 libri, ogni libro sarà incentrato su una singola tecnologia emergente. Puoi leggere l'elenco delle tecnologie emergenti e la loro categorizzazione per settore nella parte di Coming Soon, alla fine del libro.

365 libri per dare ai lettori la possibilità di aumentare le loro conoscenze su una singola tecnologia emergente ogni giorno nel corso di un anno.

Introduzione

Come ho scritto questo libro?

In ogni libro di The Encyclopedia of Emerging Technologies, sto cercando di ottenere intuizioni di ricerca istantanee e grezze, direttamente dalle menti delle persone, cercando di rispondere alle loro domande sulla tecnologia emergente.

Ci sono 3 miliardi di ricerche su Google ogni giorno e il 20% di queste non è mai stato visto prima. Sono come una linea diretta con i pensieri delle persone.

A volte è Come faccio a rimuovere l'inceppamento della carta. Altre volte, sono le paure strazianti e i desideri segreti che oserebbero sempre e solo condividere con Google.

Nella mia ricerca di scoprire una miniera d'oro non sfruttata di idee di contenuto su Lithium Air Battery, uso molti strumenti per ascoltare i dati di completamento automatico dai motori di ricerca come Google, quindi sforna rapidamente ogni frase e domanda utile, le persone chiedono intorno alla parola chiave Batteria aria al litio.

È una miniera d'oro di intuizioni delle persone, che posso usare per creare contenuti, prodotti e servizi freschi e ultra-utili. Le persone gentili, come te, vogliono davvero.

Le ricerche di persone sono il set di dati più importante mai raccolto sulla psiche umana. Pertanto, questo libro è un prodotto dal vivo e costantemente aggiornato da sempre più risposte a nuove domande su Lithium Air Battery, poste da persone, proprio come te e me, che si interrogano su questa nuova tecnologia emergente e vorrebbero saperne di più.

L'approccio per scrivere questo libro è quello di ottenere un livello più profondo di comprensione di come le persone cercano intorno a Lithium Air Battery, rivelando domande e domande che non penserei necessariamente dalla cima della mia testa, e rispondendo a queste domande in parole super facili e digeribili, e di navigare nel libro in modo diretto.

Quindi, quando si tratta di scrivere questo libro, mi sono assicurato che sia il più ottimizzato e mirato possibile. Lo scopo di questo libro è aiutare le persone a comprendere ulteriormente e far crescere le loro conoscenze su Lithium Air Battery. Sto cercando di rispondere alle domande delle persone il più fedelmente possibile e mostrando molto di più.

È un modo fantastico e bello per esplorare le domande e i problemi che le persone hanno e rispondere direttamente, e aggiungere intuizione, convalida e creatività al contenuto del libro - anche presentazioni e proposte. Il libro svela aree ricche, meno affollate e talvolta sorprendenti della domanda di ricerca che altrimenti non raggiungerei. Non c'è dubbio che, ci si aspetta che aumenti la conoscenza delle menti dei potenziali lettori, dopo aver letto il libro usando questo approccio.

Ho applicato un approccio unico per rendere il contenuto di questo libro sempre fresco. Questo approccio dipende dall'ascolto delle menti delle persone, utilizzando gli strumenti di ascolto della ricerca. Questo approccio mi ha aiutato a:

Incontra i lettori esattamente dove si trovano, in modo da poter creare contenuti pertinenti che colpiscano una corda e guidino una maggiore comprensione dell'argomento.

Tieni il dito saldamente sul polso, in modo da poter ricevere aggiornamenti quando le persone parlano di questa tecnologia emergente in modi nuovi e monitorare le tendenze nel tempo.

Scopri tesori nascosti di domande che richiedono risposte sulla tecnologia emergente per scoprire intuizioni inaspettate e nicchie nascoste che aumentano la pertinenza del contenuto e gli danno un vantaggio vincente.

Gli elementi costitutivi per scrivere questo libro includono quanto segue:

(1) Ho smesso di perdere tempo in congetture e congetture sul contenuto voluto dai lettori, ho riempito il contenuto del libro con ciò di cui la gente ha bisogno e ho detto addio alle infinite idee di contenuto basate su speculazioni.

(2) Ho preso decisioni solide, e preso meno rischi, per ottenere posti in prima fila per ciò che le persone vogliono leggere e vogliono sapere - in tempo reale - e utilizzare i dati di ricerca per prendere decisioni audaci, su quali argomenti includere e quali argomenti escludere.

(3) Ho semplificato la mia produzione di contenuti per identificare le idee di contenuto senza dover passare manualmente al setaccio le opinioni individuali per risparmiare giorni e persino settimane di tempo.

È meraviglioso aiutare le persone ad aumentare le loro conoscenze in modo semplice semplicemente rispondendo alle loro domande.

Penso che l'approccio alla scrittura di questo libro sia unico in quanto raccoglie e tiene traccia delle domande importanti poste dai lettori sui motori di ricerca.

Riconoscimenti

Scrivere un libro è più difficile di quanto pensassi e più gratificante di quanto avrei mai potuto immaginare. Nulla di tutto ciò sarebbe stato possibile senza il lavoro svolto da prestigiosi ricercatori, e vorrei riconoscere i loro sforzi per aumentare la conoscenza del pubblico su questa tecnologia emergente.

Dedica

Per gli illuminati, quelli che vedono le cose in modo diverso e vogliono che il mondo sia migliore - non amano lo status quo o lo stato esistente. Puoi essere troppo in disaccordo con loro, e puoi discutere ancora di più con loro, ma non puoi ignorarli e non puoi sottovalutarli, perché cambiano sempre le cose ... Spingono la razza umana in avanti, e mentre alcuni possono vederli come pazzi o dilettanti, altri vedono geni e innovatori, perché quelli che sono abbastanza illuminati da pensare di poter cambiare il mondo, sono quelli che lo fanno, e conducono le persone all'illuminazione.

Epigrafe

La batteria al litio  aria,  nota anche come  batteria ad aria Li  , è un tipo di  cella elettrochimica metallo-aria  o chimica della batteria. Funziona inducendo un flusso di corrente mediante l'ossidazione del litio all'anodo e la riduzione dell'ossigeno al catodo.

Sommario

Diritto d’autore

Bonus

Prefazione

Introduzione

Riconoscimenti

Dedica

Epigrafe

Sommario

Capitolo 1: Batteria al litio aria

Capitolo 2: Elettrodo

Capitolo 3: Batteria agli ioni di litio

Capitolo 4: Batteria zinco-aria

Capitolo 5: Nanobatterie

Capitolo 6: Condensatore agli ioni di litio

Capitolo 7: Batteria al litio allo zolfo

Capitolo 8: Batteria agli ioni di litio a film sottile

Capitolo 9: Batteria allo stato solido

Capitolo 10: Nanoarchitetture per batterie agli ioni di litio

Capitolo 11: Cella elettrochimica metallo-aria

Capitolo 12: Batteria agli ioni di potassio

Capitolo 13: Porosità

Capitolo 14: Batteria agli ioni di sodio

Capitolo 15: Peter Bruce

Capitolo 16: Batteria agli ioni di alluminio

Capitolo 17: Ricerca sulle batterie agli ioni di litio

Capitolo 18: Batteria al magnesio

Capitolo 19: Batteria di vetro

Capitolo 20: Batteria al calcio

Capitolo 21: Storia della batteria agli ioni di litio

Epilogo

Informazioni sull'autore

Prossimamente

Appendici: Tecnologie emergenti in ogni settore

Capitolo 1: Batteria litio-aria

La batteria litio-aria, nota anche come batteria Li-air, è un tipo di cella elettrochimica metallo-aria o chimica della batteria. Funziona inducendo un flusso di corrente mediante l'ossidazione del litio all'anodo e la riduzione dell'ossigeno al catodo.

Teoricamente, le celle elettrochimiche che hanno la massima energia specifica possibile possono essere prodotte combinando elementi come il litio con l'ossigeno atmosferico.

Infatti, l'energia specifica teorica di una batteria litio-aria che non include acqua, allo stato carico con prodotto Li 2 O2 ed esclusa la massa di ossigeno, è ~ 40,1 MJ / kg.

Rispetto all'energia specifica teorica della benzina, questo è quasi equivalente.

~46,8 MJ/kg.

In pratica, a livello della cella, sono state mostrate batterie litio-aria con un'energia specifica di circa 6,12 MJ/kg.

Questo è circa 5 volte più grande di quello di una batteria agli ioni di litio utilizzata nei prodotti commerciali.

, che è sufficiente per alimentare un'auto elettrica del peso di 2.000 kg per circa 500 chilometri (310 miglia) con una singola carica utilizzando solo 60 kg di batterie.

Tuttavia, prima che le batterie litio-aria trovino un posto nel mercato, sono necessari importanti miglioramenti sia nella loro potenza teorica che nei loro cicli di vita.

Sono necessari progressi significativi nella tecnologia degli elettroliti prima di poter sviluppare un'applicazione commerciale.

Le batterie Li-air, che sono state inizialmente presentate come una potenziale fonte di energia per le auto elettriche a batteria e veicoli elettrici ibridi nel 1970, hanno reclamato l'attenzione della comunità scientifica intorno alla fine del primo decennio degli anni 2000 a seguito dei progressi nella scienza dei materiali.

Anche se il concetto di una batteria litio-aria era in circolazione da un po 'di tempo prima del 1996, nella maggior parte dei casi, gli ioni di litio viaggeranno attraverso l'elettrolita dall'anodo al catodo e viceversa.

Sotto scarica, quando il lavoro elettrico deve essere fatto, gli elettroni passano sopra il circuito esterno, mentre gli ioni di litio si fanno strada verso il catodo.

Mentre le piastre metalliche di litio vengono caricate, vengono posizionate sull'anodo.

liberando O2 al catodo.

Per evitare che il metallo Li interagisca con l'acqua, l'elettrodo negativo della batteria acquosa deve avere uno strato protettivo applicato ad esso.

L'elemento litio viene spesso utilizzato per l'anodo. Il potenziale elettrochimico all'anodo costringe il litio metallico ad ossidarsi e rilasciare elettroni attraverso il processo di ossidazione (senza coinvolgere l'ossigeno catodico). La seguente è la mezza reazione:

Li ⇌ Li+ + e−

Rispetto ad altri materiali utilizzati nelle batterie metallo-aria, il litio ha un'elevata capacità specifica (3840 mAh / g), mentre lo zinco e l'alluminio hanno solo 820 e 2965 mAh / g, rispettivamente. Queste cellule sono suscettibili a una serie di problemi. Impedire all'anodo di interagire con l'elettrolita è l'ostacolo principale che deve essere superato durante lo sviluppo di un anodo. Ci sono altre opzioni, come lo sviluppo di nuovi materiali per l'elettrolita o il ripensamento del contatto tra l'elettrolita e l'anodo. Depositi di litio dendritico possono formarsi sugli anodi di litio, che possono ridurre la loro capacità di immagazzinare energia o addirittura causare un cortocircuito. C'è ancora una mancanza di chiarezza sia sull'impatto della dimensione dei pori che sulla distribuzione della dimensione dei pori.

Diverse strategie diverse vengono utilizzate nel tentativo di risolvere questi problemi:

Utilizzo di elettroliti copolimerici di- e triblocco nella produzione di uno strato protettivo agli ioni di litio. Questi tipi di elettroliti (ad esempio, polistirene con l'elevata conduttività agli ioni di litio di un segmento polimerico morbido, come una miscela di poli(ossido di etilene (PEO) e sale di litio) combinano la stabilità meccanica di un segmento di polimero duro con l'elevata conduttività ionica di una miscela di polimero morbido e sale di litio. I pantaloncini Dendrite sono impediti dal blocco meccanico del livello di difficoltà.

La conduttività degli ioni di litio attraverso il vetro o i materiali vetroceramici può (nella maggior parte dei casi) essere facilmente abbassata dal litio metallico.

e quindi un film sottile fatto di una sostanza che è in grado di trasmettere litio, come Li 3 P o Li3N, può essere posto nello spazio tra la ceramica e il metallo.

Questo SEI a base ceramica previene la formazione di dendriti e protegge il litio metallico dagli effetti dell'inquinamento atmosferico.

Al catodo, il processo di carica trasferisce elettroni dall'ossigeno al litio mediante una riduzione. È stato dimostrato che il carbonio mesoporoso può funzionare come substrato catodico quando combinato con catalizzatori metallici.

La maggior parte delle limitazioni della batteria Li-air si trova vicino al catodo, che è anche il luogo in cui hanno origine i suoi potenziali benefici. Al catodo, ci deve essere un po 'di ossigeno atmosferico presente, ma le impurità come il vapore acqueo e altri inquinanti possono degradarlo. Il problema più importante è una scarica incompleta causata dal blocco del catodo di carbonio poroso da prodotti di scarica come il perossido di litio (nei disegni aprotici).

I catalizzatori hanno mostrato risultati promettenti nella creazione di nucleazione preferenziale di Li 2 O 2  rispetto a Li 2O, non può essere annullata in relazione al litio poiché si è già verificata.

Sono stati esplorati diversi approcci chimici.

caratterizzato dall'elettrolita che contengono.

A causa della mancanza di conoscenze sull'elettrochimica degli stati solidi, questa discussione si concentrerà sugli elettroliti aprotici e acquosi.

La riduzione degli ioni di litio al catodo di una cella contenente un elettrolita aprotico provoca la produzione di ossidi di litio.

Li+ + e− +O 2 + * → LiO2*

Li+ + e− +LiO 2* →Li 2 O2*

dove * indica un sito di superficie su Li 2 O 2  dove procede la crescita, che è essenzialmente un vuoto neutro di Li nella superficie di Li 2 O 2.

Poiché gli ossidi di litio sono insolubili negli elettroliti aprotici, il blocco catodico può verificarsi a causa della