Hvað gera kolefni nanórör í litíum rafhlöðum? Af hverju geta þeir komið í stað kolsvarts?

Á tímum rafhlaðna sem keppa harðlega um orkuþéttleika og hraðhleðslu, hafa kolefnis nanórör fyrir löngu orðið heiðursgestir í rafskautssamsetningum. Hins vegar, margir verkfræðingar sem eru nýbyrjaðir þekkja aðeins fyrirbærið án þess að skilja undirliggjandi ástæður: hvað gera kolefni nanórör í litíum rafhlöðum? Af hverju geta þeir komið í stað kolsvarts? Sumir bæta við 0,5% CNT og sjá innra viðnám minnka um 40%. Aðrir afrita samsetninguna en geta ekki húðað slétt rafskautsplötu, eða jafnvel upplifað tíðar ör-skammhlaup í frumunum. Þetta er alls ekki einföld spurning um „hver kemur í stað hvers,“ heldur frekar grundvallarfræðileg endurbygging á leiðandi neti sem þróast úr núll-vídd í ein-vídd. Í dag munum við afhýða smásæja uppbyggingu rafskautsblaða og nota mæld gögn úr framleiðslulínu til að útskýra rækilega útfærslurökfræði kolefnis nanóröra.

1. Kjarnavirkni: Hvað gera kolefni nanórör í raun í litíum rafhlöðum?

Kjarnahlutverk kolefnisnanoröra í litíum rafhlöðum er að byggja upp langdrægt ein-víddar leiðandi netkerfi og veita vélrænan stuðning við hleðslu- og afhleðslulotur, bæla niður molun og losun virkra efna.

Margir halda að leiðandi aukefni séu aðeins ábyrg fyrir því að hreyfa rafeindir, en það er of grunnt. Hvað gera kolefni nanórör í litíum rafhlöðum? Í fyrsta lagi „byggja þeir hraðbrautir“. Rafeindir streyma frá flipunum til virku agnanna. Hefðbundin slóðin er hlykkjóttur, en CNT, með míkron-kvarðalengd sinni, spanna yfir agnabil og mynda óaðfinnanlega háhraða rafeindabrautir. Í öðru lagi „virka þau sem skotheld vesti“. Sérstaklega í-kísilskautum og há-nikkelbakskautum, verða agnir fyrir mikilli þenslu og samdrætti meðan á hjólreiðum stendur, sem getur auðveldlega sprungið rafskautsplötuna. Sveigjanleg kolefnis nanórör virka eins og óteljandi ör{10}}fjaðrir og net, sem vefjast þétt utan um agnirnar. Jafnvel þó að agnirnar brotni, eru þær samt haldið saman af CNT netinu án þess að losa duft og viðhalda leiðandi snertingu.

2. Skiptarrökfræði: Hvers vegna geta kolefnisnanorör sparkað í kolefnismökkun?

Grundvallarástæðan fyrir því að kolefni nanórör geta komið í stað kolsvarts er sú að ein-línuleg uppbygging þeirra uppfærir „punkt-í-punkt“ snertingu í „línu-í-línu“ skarast, dregur úr gegnsveifluþröskuldi í 1/10 af kolsvarti, sem dregur verulega úr rafhlöðuplássi fyrir innra viðnám og losar um virk efni.

Af hverju geta þeir komið í stað kolsvarts? Líttu bara á smásjá formgerðina. Kolsvartur samanstendur af litlum kúlum á nanóskala. Til að leiða rafmagn verður þeim að vera þétt pakkað saman eins og sandi og treysta á „punkt-til-punkt“ yfirborðssnertingu. Þegar kúla færist til, slitnar leiðandi keðjan. Kolefni nanórör eru hins vegar grannar trefjar. Aðeins mjög lítill fjöldi röra þarf að fara yfir og skarast til að mynda "línu-til-línu" þrívíddar-net. Þetta leiðir til afar lágs þröskulds fyrir CNT. Þar sem þörf var á 2,5% kolsvarti, ná nú aðeins 0,5% CNT betri leiðandi árangri. 2% plássið sem sparast er allt fyllt með virku efni, sem hámarkar orkuþéttleika.

3. Vélræn styrking: Fyrir utan leiðni, hvað annað leggja CNT til rafskautablöð?

Auk þess að byggja upp rafeindarásir, skapa kolefnis nanórör, með sveigjanlegri einvíddarbyggingu sinni, „netunaráhrif“ sem bæta verulega afhýðingarstyrk rafskautsplötunnar, sem gerir þær að ómissandi vélrænu biðminni fyrir há-þenslukísil-forskaut.

Kolsvart er bara dauðþyngd fylliefni, sem stuðlar ekkert að rafskautafræðinni. Hvað gera kolefni nanórör í litíum rafhlöðum? Þau eru „rebar“ rafskautsplötunnar. Sérstaklega á rafskautahliðinni stækka kísilefni um meira en 300% og hefðbundin bindiefni geta ekki haldið þeim. CNTs eru samtvinnuð í netkerfinu, ekki aðeins veita leiðandi offramboð meðan á aflögun rafskauts stendur heldur einnig, með líkamlegri flækju á milli rörvegganna og bindiefnisins, auka rafskautsflögnunarstyrk um meira en 30%, sem dregur í raun úr duftlosun og bólgu meðan á hjólreiðum stendur.

4. Hinn harki veruleiki: Hverjir eru flöskuhálsarnir á leiðinni til að skipta um kolsvart?

Stærsta hindrunin fyrir því að kolefnisnanórör leysi kolsvart af hólmi er mikil þétting sem stafar af mjög háu tilteknu yfirborði þeirra. Þetta getur valdið hlaupi í grugglausn og kemst í gegnum húðagnir, sem verður að leysa með for-dreifingartækni faglegra framleiðenda.

Fræðin eru falleg, en framleiðslulínan er hörð. Kolsvart dreifist með einföldum hræringum, en kolefnisnanorör eru einstaklega létt og þétt flækt eins og soðið spaghettí. Ef þurrt duft er notað beint, mun það ekki aðeins gleypa leysiefnið í grugglausninni, sem veldur því að seigja rýkur upp í „svart deig“, heldur mun þvinguð klipping einnig brjóta rörin og missa hlutfallsforskotið. Enn banvænni eru hörðu þyrpingarnar sem ekki eru brotnar upp. Við húðun mynda þau útskot á yfirborði rafskautsins. Í besta falli klóra þeir skiljuna; í versta falli komast þeir í gegnum það og valda skammhlaupi í frumum og eldi. Þetta er ástæðan fyrir því að enginn þorir að henda CNT þurrdufti beint í blöndunartankinn lengur.

5. Valdefling framleiðanda: Hvernig gerir Shandong Tanfeng endurnýjunarkost kolefnisnanoröra að veruleika?

Með því að velja upprunaframleiðanda eins og Shandong Tanfeng sem hefur tök á kjarnatækninni sem felst í mikilli-hreinleikamyndun og fordreifingu- getur í raun komið í veg fyrir hættuna á þéttingu og slöngubroti, sem bindur algjörlega enda á kolsvarttímabilið með afar litlu magni.

Þar sem þurrt duft er ekki framkvæmanlegt er líma eini burðarefnið til að skipta um kolsvart. Sem faglegur CNT framleiðandi, hreinsar Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. allar vinnsluhindranir fyrir framleiðendur frumu eftir strauminn frá myndun uppsprettu til límasamsetningar:

Ofur-aðlögun með háu stærðarhlutfalli: The core of conductivity and mechanical reinforcement is the aspect ratio. Through its self-developed catalytic system, Shandong Tanfeng mass-produces high-quality CNTs with aspect ratios >1500, sem gerir 0,5% viðbót kleift að byggja upp þétta þrívíddar beinagrind, með skörunarnýtni sem er meira en 3 sinnum meiri en venjuleg verslunarrör.

Fullkomin hreinleikastýring:Frumur hafa núllþol fyrir málmóhreinindum. Shandong Tanfeng notar fjöl-eðlisfræðilega og efnafræðilega tengda hreinsun til að þrýsta þétt á málmleifar undir 20 ppm, sem útilokar algjörlega hættuna á sjálfsafhleðslu og ör-skammhlaupi við upptökin.

Tilbúið-til-nota for-dreift líma:Shandong Tanfeng miðar að sársaukapunkti þurrduftsþéttingar og útvegar NMP/vatns-undirstaða fyrirfram-föst-efnismikil for-dreifð deig. Með sérstakri fjölliðahúðun og háþrýstingshreinsunarferlum- eru slöngubúntar sannarlega aðskildir í stöku -rörum. Fínleika deigsins D90 er stranglega stjórnað innan 5 μm, án harðrar botnfalls jafnvel eftir langa{11}}tíma geymslu. Niðurstraums er hægt að dæla því beint inn í blöndunartankinn til að blanda, með sléttum fóðrunarstraumi, engum ögnum og engum rákum meðan á húðun stendur, sem gerir skiptingu kolsvarts fyrir kolefnisnanorör slétt og skilvirkt.

Niðurstaða

Farið aftur að kjarnaspurningunni: hvað gerakolefnis nanórörgera í litíum rafhlöðum? Af hverju geta þeir komið í stað kolsvarts? Þeir eru ekki aðeins vírarnir sem endurmóta langdræga rafeindahraðbrautina heldur einnig járnstöngin sem standast rafskautaduftingu. Þróunin frá núll-punktsnertingu yfir í einnar-línaskörun er óhjákvæmilegt val fyrir rafhlöður til að draga úr innri viðnám og auka orkuþéttleika. Hins vegar verð á skipti er mjög mikil dreifingu erfiðleika. Þurrt duft er blindgata. Að treysta á mikla-hreinleika, háa-hlutfalls-hlutfall og for-dreifða límatækni frá framleiðanda eins og Shandong Tanfeng til að komast yfir ferlisbilið er eina leiðin fyrir kolnanórör til að sópa kolsvarti inn í sögulega úrgangshauginn og koma rafhlöðu í hámark.