Bateria De Lítio A Ar: Abrindo o caminho para aviões elétricos de passageiros

De Fouad Sabry

O que é bateria de lítio-ar

A bateria de lítio-ar, também conhecida como bateria de lítio-ar, é um tipo de célula eletroquímica de metal-ar ou química de bateria. Ele funciona induzindo um fluxo de corrente pela oxidação do lítio no ânodo e a redução do oxigênio no cátodo.

Como você se beneficiará

(I) Insights e validações sobre os seguintes tópicos:

Capítulo 1: Bateria de lítio-ar

Capítulo 2: Eletrodo

Capítulo 3: Íon de lítio bateria

Capítulo 4: Bateria de zinco-ar

Capítulo 5: Nanobaterias

Capítulo 6: Capacitor de íons de lítio

Capítulo 7: Bateria de lítio-enxofre

Capítulo 8: Bateria de íon de lítio de película fina

Capítulo 9: Bateria de estado sólido

Capítulo 10: Nanoarquiteturas para íons de lítio baterias

Capítulo 11: Célula eletroquímica metal-ar

Capítulo 12: Bateria de íons de potássio

Capítulo 13: Separador (eletricidade)

Capítulo 14: Bateria de íons de sódio

Capítulo 15: Peter Bruce

Capítulo 16: Bateria de íons de alumínio

Capítulo 17: Pesquisa em baterias de íons de lítio

Capítulo 18: Bateria de magnésio

Capítulo 19: Bateria de vidro

Capítulo 20: C bateria de lítio

Capítulo 21: História da bateria de íons de lítio

(II) Respondendo às principais perguntas do público sobre a bateria de lítio-ar.

(III) Real exemplos mundiais para o uso de bateria de lítio em muitos campos.

(IV) 17 apêndices para explicar, resumidamente, 266 tecnologias emergentes em cada setor para ter uma compreensão completa de 360 ​​graus das tecnologias de bateria de lítio.

Para quem é este livro

Profissionais, estudantes de graduação e pós-graduação, entusiastas, amadores e aqueles que desejam ir além do conhecimento básico ou da informação para qualquer tipo de bateria de lítio.

• Idioma: Português
• Editora: Um Bilhão Bem Informado [Portuguese]
• Data de lançamento: 7 de nov. de 2022

Pré-visualização do livro

Direitos autorais

Bateria de ar de lítio Copyright © 2022 por Fouad Sabry. Todos os direitos reservados.

Todos os direitos reservados. Nenhuma parte deste livro pode ser reproduzida sob qualquer forma ou por qualquer meio eletrónico ou mecânico, incluindo sistemas de armazenamento e recuperação de informações, sem autorização por escrito do autor. A única exceção é por um revisor, que pode citar pequenos excertos numa revisão.

Capa desenhada por Fouad Sabry.

Este livro é uma obra de ficção. Nomes, personagens, lugares e incidentes são produtos da imaginação do autor ou são usados de forma fictícia. Qualquer semelhança com pessoas reais, vivas ou mortas, eventos ou locais é inteiramente coincidência.

Bónus

Pode enviar um e-mail para [e-mail] com a linha de assunto Bateria de ar de lítio: pavimentar o caminho para aviões elétricos de passageiros, e receberá um e-mail que contém os primeiros capítulos deste livro.

Fouad Sabry

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www.1BKOfficial.org

Prefácio

Por que escrevi este livro?

A história de escrever este livro começou em 1989, quando eu era estudante na Escola Secundária de Estudantes Avançados.

É notavelmente como as escolas STEM (Ciência, Tecnologia, Engenharia e Matemática), que estão agora disponíveis em muitos países avançados.

O STEM é um currículo baseado na ideia de educar os alunos em quatro disciplinas específicas - ciência, tecnologia, engenharia e matemática - numa abordagem interdisciplinar e aplicada. Este termo é normalmente usado para abordar uma política de educação ou uma escolha curricular nas escolas. Tem implicações no desenvolvimento da força de trabalho, nas preocupações de segurança nacional e na política de imigração.

Havia uma aula semanal na biblioteca, onde cada aluno é livre de escolher qualquer livro e ler durante 1 hora. O objetivo da aula é incentivar os alunos a lerem outras disciplinas que não o currículo educativo.

Na biblioteca, enquanto olhava para os livros nas prateleiras, notei livros enormes, num total de 5.000 páginas em 5 partes. O nome dos livros é A Enciclopédia da Tecnologia, que descreve tudo à nossa volta, from absoluto zero a semicondutores, quase todas as tecnologias, na altura, foram explicadas com ilustrações coloridas e palavras simples. Comecei a ler a enciclopédia, e claro, não consegui terminá-la na aula semanal de 1 hora.

Então, convenci o meu pai a comprar a enciclopédia. O meu pai comprou-me todas as ferramentas tecnológicas no início da minha vida, o primeiro computador e a primeira enciclopédia tecnológica, e ambos têm um grande impacto em mim e na minha carreira.

Terminei toda a enciclopédia nas mesmas férias de verão deste ano, e então comecei a ver como o universo funciona e como aplicar esse conhecimento aos problemas do dia-a-dia.

A minha paixão pela tecnologia começou há mais de 30 anos e ainda assim a viagem continua.

Este livro faz parte da Enciclopédia das Tecnologias Emergentes que é a minha tentativa de dar aos leitores a mesma experiência incrível que tive quando andava no liceu, mas em vez de tecnologias do século XX, estou mais interessado nas tecnologias emergentes do século XXI, aplicações e soluções industriais.

A Enciclopédia das Tecnologias Emergentes será composta por 365 livros, cada livro será focado numa única tecnologia emergente. Pode ler a lista de tecnologias emergentes e a sua categorização pela indústria na parte de Em breve, no final do livro.

365 livros para dar aos leitores a oportunidade de aumentar os seus conhecimentos sobre uma única tecnologia emergente todos os dias, no decurso de um ano.

Introdução

Como escrevi este livro?

Em todos os livros de A Enciclopédia das Tecnologias Emergentes, estou a tentar obter insights instantâneos, de pesquisa bruta, diretamente das mentes das pessoas, tentando responder às suas perguntas sobre a tecnologia emergente.

Há 3 mil milhões de pesquisas no Google todos os dias, e 20% delas nunca foram vistas antes. São como uma linha direta para os pensamentos das pessoas.

Às vezes, é Como é que retiro o encravamento de papel. Outras vezes, são os medos e os desejos secretos que só se atreveriam a partilhar com o Google.

Na minha busca para descobrir uma mina de ouro inexplorada de ideias de conteúdo sobre Bateria de Ar de Lítio, uso muitas ferramentas para ouvir dados autocompletos de motores de busca como o Google, e depois rapidamente escolho todas as frases e perguntas úteis, as pessoas estão a perguntar em torno da palavra-chave Bateria de ar de lítio.

É uma mina de ouro de pessoas introspeção, posso usar para criar conteúdo fresco, ultra-útil, produtos e serviços. Do tipo que pessoas, como tu, realmente querem.

As pesquisas de pessoas são o conjunto de dados mais importante alguma vez recolhido na psique humana. Portanto, este livro é um produto vivo, e constantemente atualizado por cada vez mais respostas para novas perguntas sobre Bateria de Ar de Lítio, feitas por pessoas, tal como tu e eu, a questionarem-se sobre esta nova tecnologia emergente e gostariam de saber mais sobre isso.

A abordagem para escrever este livro é obter um nível mais profundo de compreensão de como as pessoas procuram em torno da Bateria de Ar de Lítio, revelando perguntas e perguntas que eu não pensaria necessariamente fora da minha cabeça, e respondendo a estas perguntas em palavras super fáceis e digestivas, e para navegar o livro de uma forma simples.

Por isso, quando se trata de escrever este livro, assegurei-me de que está o mais otimizado e direcionado possível. Este propósito do livro está a ajudar as pessoas a compreenderem e a desenvolverem os seus conhecimentos sobre a Bateria de Ar de Lítio. Estou a tentar responder as perguntas das pessoas o mais de perto possível e a mostrar muito mais.

É uma forma fantástica e bonita de explorar questões e problemas que as pessoas têm e responder diretamente, e adicionar insights, validação e criatividade ao conteúdo do livro – até mesmo pitchs e propostas. O livro revela áreas ricas, menos aglomeradas e, por vezes, surpreendentes, de procura de investigação que eu não alcançaria de outra forma. Não há dúvida de que, espera-se que aumente o conhecimento da mente dos potenciais leitores, depois de ler o livro usando esta abordagem.

Apliquei uma abordagem única para tornar o conteúdo deste livro sempre fresco. Esta abordagem depende de ouvir as mentes das pessoas, utilizando as ferramentas de escuta de pesquisa. Esta abordagem ajudou-me a:

Conheça os leitores exatamente onde estão, para que eu possa criar conteúdo relevante que atinge um acorde e impulsiona mais compreensão ao tema.

Mantenha o meu dedo firmemente no pulso, para que eu possa obter atualizações quando as pessoas falam sobre esta tecnologia emergente de novas maneiras, e monitorizar as tendências ao longo do tempo.

Descobrir tesouros ocultos de perguntas precisa de respostas sobre a tecnologia emergente para descobrir insights inesperados e nichos ocultos que impulsionam a relevância do conteúdo e lhe dão uma vantagem vencedora.

O bloco de construção para escrever este livro inclui o seguinte:

(1) Deixei de perder tempo com a intuição e a adivinhação sobre os conteúdos desejados pelos leitores, preenchi o conteúdo do livro com o que as pessoas precisam e despedi-me das intermináveis ideias de conteúdo baseadas em especulações.

(2) Tomei decisões sólidas e tomei menos riscos, para conseguir lugares na primeira fila para o que as pessoas querem ler e querem saber - em tempo real - e utilizar dados de pesquisa para tomar decisões ousadas, sobre quais os tópicos a incluir e quais os tópicos a excluir.

(3) Racionalizei a minha produção de conteúdos para identificar ideias de conteúdo sem ter de analisar manualmente as opiniões individuais para poupar dias e até semanas de tempo.

É maravilhoso ajudar as pessoas a aumentar os seus conhecimentos de uma forma simples, respondendo apenas às suas perguntas.

Penso que a abordagem da escrita deste livro é única à medida que se colide, e acompanha as questões importantes que os leitores fazem sobre os motores de busca.

Agradecimentos

Escrever um livro é mais difícil do que pensava e mais gratificante do que alguma vez poderia imaginar. Nada disto teria sido possível sem o trabalho concluído por investigadores de prestígio, e gostaria de reconhecer os seus esforços para aumentar o conhecimento do público sobre esta tecnologia emergente.

Dedicatória

Para os esclarecidos, aqueles que vêem as coisas de forma diferente, e querem que o mundo seja melhor. Podes discordar demasiado deles, e podes discutir ainda mais com eles, mas não podes ignorá-los, e não podes subestimá-los, porque mudam sempre as coisas... empurram a raça humana para a frente, e enquanto alguns podem vê-los como os loucos ou amadores, outros vêem génio e inovadores, porque aqueles que são iluminados o suficiente para pensar que podem mudar o mundo, são os que o fazem, e levam as pessoas à iluminação.

Epígrafe

A bateria de ar de lítio  , também conhecida como  bateria de ar Li  , é uma espécie de  célula eletroquímica de ar metálico  ou química de baterias. Funciona induzindo um fluxo de corrente pela oxidação do lítio no ânodo e pela redução do oxigénio no cátodo.

Tabela de Conteúdos

Direitos autorais

Bónus

Prefácio

Introdução

Agradecimentos

Dedicatória

Epígrafe

Tabela de Conteúdos

Capítulo 1: Bateria de ar de lítio

Capítulo 2: Elétrodo

Capítulo 3: Bateria de iões de lítio

Capítulo 4: Bateria de ar de zinco

Capítulo 5: Nanobatteries

Capítulo 6: Condensador de iões de lítio

Capítulo 7: Bateria de enxofre de lítio

Capítulo 8: Bateria de iões de lítio de película fina

Capítulo 9: Bateria de estado sólido

Capítulo 10: Nanoarquites para baterias de iões de lítio

Capítulo 11: Célula eletroquímica de ar metálico

Capítulo 12: Bateria de iões de potássio

Capítulo 13: Porosidade

Capítulo 14: Bateria de iões de sódio

Capítulo 15: Peter Bruce

Capítulo 16: Bateria de iões de alumínio

Capítulo 17: Investigação em baterias de iões de lítio

Capítulo 18: Bateria de magnésio

Capítulo 19: Bateria de vidro

Capítulo 20: Bateria de cálcio

Capítulo 21: História da bateria de iões de lítio

Epílogo

Sobre o Autor

Brevemente

Apêndices: Tecnologias Emergentes em Cada Indústria

Capítulo 1: Bateria de lítio-ar

A bateria de lítio-ar, também conhecida como bateria Li-air, é uma espécie de célula eletroquímica de ar metálico ou química da bateria. Funciona induzindo um fluxo de corrente pela oxidação do lítio no ânodo e pela redução do oxigénio no cátodo.

Teoricamente, as células eletroquímicas que têm a máxima energia específica possível podem ser produzidas combinando elementos como o lítio com o oxigénio atmosférico.

Com efeito, a energia específica teórica de uma bateria de ar de lítio que não inclui água, no estado carregado com o produto Li2O2 e excluindo a massa de oxigénio, é de ~40,1 MJ/kg.

Quando comparado com a energia específica teórica da gasolina, esta é quase equivalente.

~46,8 MJ/kg.

Na prática, ao nível da célula, foram mostradas baterias de lítio-ar com uma energia específica de cerca de 6,12 MJ/kg.

Isto é cerca de 5 vezes maior do que o de uma bateria de iões de lítio usada em produtos comerciais.

, o que é suficiente para alimentar um carro elétrico com um peso de 2.000 kg durante cerca de 500 km numa única carga usando apenas 60 kg de baterias.

No entanto, Antes das baterias de ar de lítio para encontrar um lugar no mercado, são necessárias melhorias importantes tanto na sua potência teórica como nos seus ciclos de vida.

São necessários avanços significativos na tecnologia de eletrólitos antes de se desenvolver uma aplicação comercial.

As baterias de li-air, que foram inicialmente apresentadas como uma potencial fonte de energia para carros elétricos a bateria e veículos elétricos híbridos na década de 1970, recuperaram a atenção da comunidade científica no final da primeira década dos anos 2000 como resultado de avanços na ciência dos materiais.

Apesar de o conceito de bateria de lítio-ar já se ter vindo a agitar já há algum tempo, antes de 1996, na maioria dos casos, os iões de lítio vão viajar pelo eletrólito desde o ânodo até ao cátodo e voltam novamente.

Em descarga, Quando o trabalho elétrico tem de ser feito, os eletrões passam por cima do circuito externo, enquanto os iões de lítio chegam ao cátodo.

Enquanto as placas metálicas de lítio estão a ser carregadas, são colocadas no ânodo.

libertando O2 no cátodo.

Para evitar que o metal Li interaja com a água, o elétrodo negativo da bateria aquosa tem de ter uma camada protetora aplicada.

O elemento lítio é frequentemente usado para o ânodo. O potencial eletroquímico no ânodo obriga o metal de lítio a oxidar e libertar eletrões através do processo de oxidação (sem envolver o oxigénio catódico). Segue-se a meia reação:

Li ⇌ Li+ + e−

Quando comparado com outros materiais utilizados em baterias de ar metálico, o lítio tem uma elevada capacidade específica (3840 mAh/g), enquanto o zinco e o alumínio têm apenas 820 e 2965 mAh/g, respectivamente. Estas células são suscetíveis a uma série de problemas. Impedir que o ânodo interaja com o eletrólito é o principal obstáculo que deve ser ultrapassado enquanto desenvolve um ânodo. Existem outras opções, como o desenvolvimento de novos materiais para o eletrólito ou repensar o contacto entre o eletrólito e o ânodo. Os depósitos de lítio dendríticos podem formar-se em ânodos de lítio, o que pode reduzir a sua capacidade de armazenar energia ou mesmo causar um curto-circuito. Há ainda uma falta de clareza tanto no impacto do tamanho dos poros como na distribuição do tamanho dos poros.

Várias estratégias diferentes estão a ser usadas num esforço para resolver estas questões:

Utilização de eletrólitos de copolímeros di-e triblo na produção de uma camada protetora de iões de lítio. Estes tipos de eletrólitos (por exemplo, poliestireno com a elevada condutividade li-iónica de um segmento de polímero macio, como um poli(óxido de etileno (PEO) e li-sal) combinam a estabilidade mecânica de um segmento de polímero duro com a elevada condutividade iónica de uma mistura de polímero macio e sal de lítio. Os calções de dendrite são evitados pelo nível de bloqueio mecânico da dificuldade.

A condutividade dos iões de lítio através de materiais de vidro ou vidro-cerâmica pode (na maioria dos casos) ser facilmente reduzida por metal de lítio.

e, portanto, uma película fina feita de uma substância capaz de transmitir lítio, como Li3P ou Li3N, pode ser colocada no espaço entre a cerâmica e o metal.

Este SEI à base de cerâmica impede que os dendritos formem e protejam o metal de lítio dos efeitos da poluição atmosférica.

No cátodo, o processo de carregamento transfere os eletrões do oxigénio para o lítio através de uma redução. Foi demonstrado que o carbono mesóporo pode funcionar como um substrato cátodo quando combinado com catalisadores metálicos.

A maioria das limitações da bateria Li-air estão localizadas perto do cátodo, que é também onde os seus potenciais benefícios são originários. No cátodo, deve haver algum oxigénio atmosférico presente, mas impurezas como vapor de água e outros poluentes podem degradá-lo. O problema mais importante é uma descarga incompleta provocada pelo bloqueio do cátodo poroso de carbono por produtos de descarga como o peróxido de lítio (em desenhos aproticíticos).

Os catalisadores mostraram-se promissores na criação de núcleos preferenciais de Li2O2 sobre Li2O, não pode ser desfeito em relação ao lítio, uma vez que já ocorreu.

Várias abordagens químicas diferentes foram exploradas.

caracterizado pelo eletrólito que contêm.

Devido à falta de conhecimento sobre a eletroquímica de estados sólidos, esta discussão centrar-se-á em eletrólitos aproticosos e aquosos.

A redução dos iões de lítio no cátodo de uma célula que contém um eletrólito apropático resulta na produção de óxidos de lítio.

Li+ + e− +O2 + * → LiO2*

Li+ + e− +LiO2* →Li2O2*

onde * denota um local de superfície em Li2O2 onde o crescimento prossegue, que é essencialmente uma vaga neutra de Li na superfície li2O2.

Como os óxidos de lítio