Bateria De Nanofios: Estendendo a vida útil da bateria para centenas de milhares de ciclos

De Fouad Sabry

O que é bateria de nanofios

A área de superfície de um ou de ambos os eletrodos em uma bateria de nanofios pode ser aumentada pelo uso de nanofios. Embora muitos designs e iterações da bateria de íons de lítio tenham sido mostrados, nenhum deles ainda está pronto para compra no mercado. Todas essas alternativas ao ânodo de grafite convencional têm o potencial de melhorar o desempenho da bateria.

Como você se beneficiará

(I) Insights, e validações sobre os seguintes tópicos:

Capítulo 1: Bateria de nanofios

Capítulo 2: Eletrodo

Capítulo 3: Bateria de íons de lítio

Capítulo 4: Nanobaterias

Capítulo 5: Nanodot

Capítulo 6: Fosfato de ferro-lítio

Capítulo 7: Capacitor de íons de lítio

Capítulo 8: Bateria de lítio-enxofre

Capítulo 9: Bateria de estado sólido

Capítulo 10: Baterias de nanoball

Capítulo 11: Nanoarquiteturas para baterias de íons de lítio

Capítulo 12: Bateria de lítio-ar

Capítulo 13: Célula eletroquímica metal-ar

Capítulo 14: Bateria de íons de potássio

Capítulo 15: Bateria de íons de sódio

Capítulo 16: Bateria de íons de alumínio

Capítulo 17: Pesquisa em baterias de íons de lítio

Capítulo 18: Bateria de lítio-silício

Capítulo 19: Nanofio de silício

Capítulo 20: Oxicarbid e vidro

Capítulo 21: Bateria de silício de estado sólido

(II) Respondendo às principais perguntas do público sobre bateria de nanofios.

(III) Exemplos do mundo real para o uso de bateria de nanofios 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 nanofios.

Para quem este livro é destinado

Profissionais, estudantes de graduação e pós-graduação, entusiastas, amadores e aqueles que desejam ir além do conhecimento ou informações básicas para qualquer tipo de bateria de nanofios.

• Idioma: Português
• Editora: Um Bilhão Bem Informado [Portuguese]
• Data de lançamento: 8 de nov. de 2022

Pré-visualização do livro

Direitos autorais

Legenda da bateria 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 arameão: prolongar a vida útil da bateria para centenas de milhares de ciclos, e receberá um e-mail que contém os primeiros capítulos deste livro.

Fouad Sabry

Visite o site 1BK em

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 Arame, uso muitas ferramentas para ouvir dados autocompletos de motores de busca como o Google, e rapidamente escolho todas as frases e perguntas úteis, as pessoas estão a perguntar em torno da palavra-chave Nanowire Battery.

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 ao vivo, e constantemente atualizado por cada vez mais respostas para novas perguntas sobre Nanowire Battery, 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 de Bateria de Arame, 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 compreender e a desenvolver os seus conhecimentos sobre Nanowire Battery. 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 superfície de um ou de ambos os elétrodos de uma bateria de nanofio pode ser aumentada pela utilização de nanofios. Apesar de muitos desenhos e iterações da bateria de iões de lítio terem sido mostrados, nenhum deles está ainda pronto para compra no mercado. Todas estas alternativas ao ânodo de grafite convencional têm o potencial de melhorar o desempenho da bateria.

Tabela de Conteúdos

Direitos autorais

Bónus

Prefácio

Introdução

Agradecimentos

Dedicatória

Epígrafe

Tabela de Conteúdos

Capítulo 1: Bateria de nanofio

Capítulo 2: Elétrodo

Capítulo 3: Bateria de iões de lítio

Capítulo 4: Nanobatteries

Capítulo 5: Fosfato de ferro de lítio

Capítulo 6: Fosfato de ferro de lítio

Capítulo 7: Condensador de iões de lítio

Capítulo 8: Bateria de enxofre de lítio

Capítulo 9: Bateria de estado sólido

Capítulo 10: Nanoarquites para baterias de iões de lítio

Capítulo 10: Nanoarquites para baterias de iões de lítio

Capítulo 12: Bateria de ar de lítio

Capítulo 13: Célula eletroquímica de ar metálico

Capítulo 14: Bateria de iões de potássio

Capítulo 15: Bateria de iões de sódio

Capítulo 16: Bateria de iões de alumínio

Capítulo 17: Investigação em baterias de iões de lítio

Capítulo 18: Bateria de silício de lítio

Capítulo 19: Nanofio de silício

Capítulo 20: Vidro de oxigádico

Capítulo 21: Bateria de silício de estado sólido

Epílogo

Sobre o Autor

Brevemente

Apêndices: Tecnologias Emergentes em Cada Indústria

Capítulo 1: Bateria de nanofio

A superfície de um ou de ambos os elétrodos de uma bateria de nanofio pode ser aumentada pela utilização de nanofios. Embora tenham sido anunciadas outras versões da bateria de iões de lítio, incluindo as baseadas em óxidos de silício, germânio e óxidos metálicos de transição, nenhuma delas está agora disponível para compra no mercado. Todas estas alternativas ao ânodo de grafite convencional têm o potencial de melhorar o desempenho geral da bateria.

Devido ao facto de ter qualidades materiais benéficas, o silício é um material apelativo para uso em aplicações como ânodos em baterias de lítio.

Em particular, o silício tem um baixo potencial de descarga e uma grande capacidade de carga teórica, que é dez vezes maior do que a dos ânodos de grafite comuns que são utilizados na indústria neste momento.

Estas características podem ser melhoradas utilizando nanofios, o que aumentaria a quantidade de superfície que está em contacto com o eletrólito, aumentando assim a densidade de potência do ânodo e permitindo um carregamento mais rápido e uma entrega de corrente mais elevada.

No entanto, devido à expansão do volume que ocorre durante a lithiação, a utilização de ânodos de silício nas pilhas foi restringida.

Durante o processo de carregamento, o silício experimenta uma expansão de 400 por cento como resultado da sua intercalação com o lítio, fazendo com que a substância se torne menos útil como consequência.

Uma expansão anisotrópica do volume está a ocorrer aqui, resultante da propagação da fratura que ocorreu logo após uma frente de lithião em movimento.

O resultado destas fissuras é a pulverização e uma perda significativa de capacidade, ambas visíveis nos primeiros ciclos.

fornece uma visão geral dos estudos preliminares realizados sobre ânodos à base de silício para as células secundárias de iões de lítio.

Em particular, Hong Li et al

Um conceito exige que um revestimento de nanofio de silício seja colocado em cima de um ânodo feito de aço inoxidável. O silício é capaz de armazenar lítio dez vezes mais eficientemente do que a grafite, o que resulta numa maior densidade energética. A densidade de energia do ânodo é aumentada devido à sua enorme área de superfície, o que também permite carregar rapidamente a bateria e produzir uma alta corrente. Em 2007, a Universidade de Stanford foi o local da invenção do ânodo.

Os investigadores realizaram 250 ciclos de carga em setembro de 2010, preservando mais de 80% da capacidade de armazenamento original em todos eles.

Foi hipótese que uma bateria de iões de lítio com um ânodo de nanofio germânio poderia melhorar tanto a densidade energética como a durabilidade do ciclo da bateria. Da mesma forma que o silício, o germânio tem uma grande capacidade teórica (1600 mAh g-1), expande-se enquanto está a ser carregado, e decompõe-se após um número relativamente baixo de ciclos.

Óxidos metálicos de transição (TMO), tais como Cr2O3, Fe2O3, MnO2, Co3O4 e PbO2, materiais celulares tradicionais na bateria de iões de lítio (LIB) e outros sistemas de baterias, materiais anodo feitos de iões de lítio oferecem inúmeros benefícios sobre os materiais celulares convencionais.

Alguns deles têm uma grande capacidade para energia teoricamente disponível, e ocorrem em grande número por natureza, não perigosos para os seres humanos, além de serem seguros para o ambiente.

Tendo em conta que a ideia do elétrodo de bateria nanoestruturado acaba de ser apresentada, os investigadores estão a começar a investigar o uso de nanofios baseados em TMO como materiais de elétrodos nas suas experiências.

No próximo parágrafo, falaremos de alguns estudos recentes que foram feitos sobre esta ideia.

A bateria de ácido de chumbo é o tipo mais tradicional de uma pilha de bateria recarregável.

Embora a matéria-prima (PbO2) para a produção celular seja bastante acessível e barata, a energia específica contida dentro das pilhas de chumbo-ácido não é muito elevada.

Durante o ciclo de funcionamento, o efeito de espessamento da pasta (também conhecida como efeito de expansão volumosa) também restringe o fluxo efetivo do eletrólito.

Devido a estas questões, a célula não foi capaz de atingir todo o seu potencial em termos de completar certas atividades de grande intensidade energética.

Em 2014, o experimentalista obteve com sucesso o nanofio PbO2 através de uma simples elétrodo de modelo.

Adicionalmente, foi avaliada a eficácia deste nanofio no seu papel de ânodo para uma bateria de ácido de chumbo.

Devido ao aumento significativo na área da superfície, esta célula foi capaz de fornecer uma capacidade quase constante de cerca de 190 mAh g−1 mesmo após 1.000 ciclos.

Este resultado mostrou este PbO2 nanoestruturado como um substituto bastante promissor para o ânodo normal do ácido de chumbo.

O MnO2 sempre foi um bom candidato para materiais de elétrodos devido à sua elevada capacidade energética, não toxicidade e eficiência em termos de custo.

No entanto, uma expansão volumétrica significativa resultaria da injeção de iões de lítio na matriz cristalina durante o ciclo de carregamento e descarga.

A fim de mitigar o impacto deste