Þar sem litíum rafhlöðuiðnaðurinn flýtir fyrir meiri orkuþéttleika og lengri líftíma, hafa kolefnis nanórör vaxið úr „stjörnuefni“ á rannsóknarstofunni í ómissandi lykil hjálparefni á rafhlöðuframleiðslulínum. Hvaða hlutverki gegna þeir í raun innan rafhlöðunnar? Hvers vegna geta þeir bætt orkuþéttleika og líftíma samtímis? Þessi grein mun taka í sundur notkunarrökfræði kolefnis nanóröra í litíum rafhlöðum. Á sama tíma munum við líka sjá hvernig innlendir kolefnis nanóröraframleiðendur, fulltrúar Shandong Tanfeng New Material, eru að stuðla að -mikilli innleiðingu þessa efnis með fjöldaframleiðslu.
1. Kjarnahlutverk kolefnis nanóröra: Hvaða hlutverki gegna þeir inni í litíum rafhlöðum?
Kolefni nanórör þjóna tvöföldu hlutverki í litíum rafhlöðum sem bæði "leiðandi þjóðvegur" og "nanomechanical biðminni lag." „línu-snertilínu-brúunarkerfi þeirra er lykileiginleikinn sem aðgreinir þær frá hefðbundnum leiðandi aukefnum.
Til að skilja hlutverk kolefnis nanóröra, verðum við fyrst að sjá greinilega "smásjár umferðar" ástandið inni í rafhlöðunni. Hefðbundin leiðandi aukefni (eins og kolsvartur Super P) eru núll-agnir sem flytja rafeindir með „punktsnertingu“ á milli agna, eins og holóttur malarvegur með mikla snertiþol, sem brotnar auðveldlega við rúmmálsbreytingar í hleðslu og útskrift. Kolefnisnanorör eru hins vegar ein-pípulaga efni með mjög háu hlutfalli. Þeir byggja upp „línu-snerti“ þrívítt leiðandi net í rafskautinu, sem jafngildir því að uppfæra malarveginn í yfirgang.
| Samanburðarvídd | Hefðbundið kolsvart (Super P) | Kolefni nanórör leiðandi aukefni |
|---|---|---|
| Geometrísk uppbygging | Núll-vídd (agnir) | Ein-vídd (pípulaga) |
| Samskiptastilling | Bendi-til-tengiliður | Lína-í-lína/lína-til-tengiliður |
| Leiðandi nethagkvæmni | Lágt, viðkvæmt fyrir sambandsrof | Mjög mikil,-langdræg leiðni |
| Viðbótarupphæð (venjulegt) | 2-3 þyngd% | 0,5-1,5 wt% (getur minnkað skammtinn) |
| Áhrif á vélræna eiginleika fylkisins | Engin styrking | Veruleg styrking, bælir sprungur |
2. Hvers vegna geta þeir bætt orkuþéttleika? - Tvær lykilleiðir
Kolefni nanórör bæta orkuþéttleika litíum rafhlöður með tveimur leiðum: "minnka skammtastærð en auka skilvirkni" og "bein litíum geymsla."
Í fyrsta lagi er einfaldasta rökfræðin lækkun á leiðandi aukefnaskammti. Vegna afar mikillar leiðnivirkni kolefnisnanoröra þarf aðeins að bæta við litlu magni til að ná fram eða jafnvel fara fram úr áhrifum mikils magns af hefðbundnu kolsvarti. Þetta þýðir að hlutfall virkra efna (eins og litíumjárnfosfats og þrískiptra efna) í rafskautinu getur verið hærra, sem beinlínis bætir þyngdar- og rúmmálsorkuþéttleika rafhlöðunnar. Rannsóknir frá Empa (Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology) sýna að í NMC532 bakskautum, bætir aðeins 1 wt% af blönduðum -víddar kolefnis nanórörum í leiðni sem er 13 sinnum hærri en þegar 3 wt% kolsvart er bætt við. Á sama tíma jókst hitaleiðni í-flugvélum um 200% og í gegnum-varmaleiðni flugvélar jókst um 40%, sem er mikilvægt fyrir hitaleiðni rafhlöðunnar og öryggi.
Í öðru lagi hafa kolefnis nanórör sjálfir einnig litíumgeymslugetu. Rannsókn frá MIT leiddi í ljós grafalvarlegan skilning: fjöl-veggað kolefnis nanórör með galla og súrefni-sem innihalda starfræna hópa sem komið er fyrir með sýrumeðferð, þegar þau eru notuð sem rafskautsefni sjálf, geta náð afturkræf getu upp á 855,6 mAh/g, langt umfram fræðilega getu grafíts (372 mAh). Þetta þýðir að það að bæta kolefnis nanórörum við rafskautið veitir ekki aðeins leiðni heldur stuðlar það einnig beint að getu, sem veitir aukna afköst fyrir há-afkastagetu kerfi eins og sílikon-forskaut.
3. Hvers vegna geta þeir lengt hringrásarlífið? - „Nano-Vor“ andstæðingur-þreytukerfisins
Kolefni nanórör gegna hlutverki „nano-fjöðurs“ í hleðslu- og afhleðslulotum, gleypa vélrænt álag og bæla ör-sprungumyndun og lengja þannig endingu rafhlöðunnar umtalsvert.
Við endurtekna hleðslu og afhleðslu stækka rafskauts- og bakskautsefnin stöðugt og dragast saman, sem leiðir til agna dufts og sprunguútbreiðslu, sem eru helstu orsakir rafhlöðunnar rotnunar. Rannsóknarteymi frá POSTECH (Pohang University of Science and Technology) í Suður-Kóreu, í samstarfi við Samsung SDI, veitti sniðuga lausn: þeir húðuðu yfirborð bakskautsefnisins með „nano-gormhúðun“ úr fjöl-vegguðum kolefnis nanórörum.
Með því að bæta aðeins við 0,5 wt% kolefnis nanórörum náðist ofur-orkuþéttleiki yfir 570 Wh/kg.
Eftir 1000 hleðslu-hleðslulotur hélt rafhlaðan enn 78% af upphaflegri getu sinni.
Meginreglan liggur í holri pípulaga uppbyggingu kolefnis nanóröra, sem virkar eins og gormur, gleypir og dreifir álagsorkunni sem myndast við hleðslu og losun og kemur í veg fyrir sprungumyndun og útbreiðslu á yfirborði agna. Þessi vélrænni styrkingaráhrif eru algjörlega fjarverandi í hefðbundnum rafleiðandi aukefnum.
Kostir Shandong Tanfeng nýtt efni:Sem faglegur kolefnis nanórör framleiðandi, býður Shandong Tanfeng New Material ekki aðeins fjöl-veggað/fá-veggað kolefnis nanórörduft með hreinleika sem er meira en eða jafnt og 98% heldur býður einnig upp á kolefnis nanórör leiðandi líma sérsniðin fyrir mismunandi rafskauts- og bakskautskerfi. Sjálf þróaður þriðju-kynslóð láréttur CVD búnaður þess hefur -framleitt í stórum stíl 3000 tonn á ári, sem hefur í raun dregið úr notkunarkostnaði viðskiptavina. Liðið hefur sérkjarnatækni í bættum skilvirkni hvata (viðbragðstími styttur í 30-45 mínútur) og dreifiefnistækni.
4. Kolefni nanórör - „Lykilspilarinn“ í uppfærslu á afköstum litíumrafhlöðu
Kolefni nanórör gegna hlutverki í litíum rafhlöðum sem eru ekki bara einföld leiðni, heldur margnota efni sem samþættir „háhraða leiðandi netsmið“, „meðrænt biðminni á nanóskala“ og „viðbótar litíum geymsluþáttur“.
Að bæta orkuþéttleika:Knúið áfram af tveimur hjólum - sem minnkar skammtinn en eykur skilvirkni (skammtur leiðandi aukefna minnkaður um meira en helming) og eigin litíum geymsluframlag þeirra (geta 855,6 mAh/g eftir gallaverkfræði).
Lenging hringrásarlífs:Með „nano-spring“ húðunartækni til að gleypa streitu og bæla niður ör-sprungur og viðhalda 78% afkastagetu jafnvel eftir 1000 lotur.
Bestu starfshættir:Notkun samsetts leiðandi aukefnakerfis sem sameinar kolefni nanórör og kolsvart, jafnvægi kostnaðar og frammistöðu.
Eftir því sem notkunartækni kolefnis nanóröra í litíum rafhlöðum verður sífellt þroskaðari, og með kostnaðarávinningi sem fylgir þúsund-tonna-framleiðsla frá innlendum framleiðendum eins og Shandong Tanfeng New Material, eru kolefnis nanópípur að breytast úr "há-aukefni" í "staðlað há{{3}{}afköst efni," sem snýr að brautinni. há-sérstakur-orku, ofur-langur-ending, rafhlöður.