Batería De Aire De Litio: Allanando el camino para los aviones de pasajeros eléctricos

Por Fouad Sabry

¿Qué es la batería de litio-aire?

La batería de litio-aire, también conocida como batería de litio-aire, es un tipo de celda electroquímica de metal-aire o química de batería. Funciona induciendo un flujo de corriente por oxidación de litio en el ánodo y reducción de oxígeno en el cátodo.

Cómo se beneficiará

(I) Perspectivas y validaciones sobre los siguientes temas:

Capítulo 1: Batería de litio-aire

Capítulo 2: Electrodo

Capítulo 3: Iones de litio batería

Capítulo 4: Batería zinc-aire

Capítulo 5: Nanobaterías

Capítulo 6: Condensador de iones de litio

Capítulo 7: Batería de litio-azufre

Capítulo 8: Batería de iones de litio de película delgada

Capítulo 9: Batería de estado sólido

Capítulo 10: Nanoarquitecturas para iones de litio baterías

Capítulo 11: Celda electroquímica metal-aire

Capítulo 12: Batería de iones de potasio

Capítulo 13: Separador (electricidad)

>Capítulo 14: Batería de iones de sodio

Capítulo 15: Peter Bruce

Capítulo 16: Batería de iones de aluminio

Capítulo 17: Investigación en baterías de iones de litio

Capítulo 18: Batería de magnesio

Capítulo 19: Batería de vidrio

Capítulo 20: C batería de alcium

Capítulo 21: Historia de la batería de iones de litio

(II) Respondiendo a las principales preguntas del público sobre la batería de litio-aire.

(III) Real ejemplos mundiales para el uso de baterías de aire de litio en muchos campos.

(IV) 17 apéndices para explicar, brevemente, 266 tecnologías emergentes en cada industria para tener una comprensión completa de 360 ​​grados de las tecnologías de baterías de aire de litio.

Para quién es este libro

Profesionales, estudiantes de pregrado y posgrado, entusiastas, aficionados y aquellos que desean ir más allá del conocimiento o la información básicos para cualquier tipo de batería de litio-aire.

• Idioma: Español
• Editorial: Mil Millones De Conocimientos [Spanish]
• Fecha de lanzamiento: 16 oct 2022

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Derechos de autor

Batería de aire de litio Copyright © 2022 por Fouad Sabry. Todos los derechos reservados.

Todos los derechos reservados. Ninguna parte de este libro puede ser reproducida en cualquier forma o por cualquier medio electrónico o mecánico, incluyendo sistemas de almacenamiento y recuperación de información, sin permiso por escrito del autor. La única excepción es por un revisor, que puede citar extractos cortos en una revisión.

Portada diseñada por Fouad Sabry.

Este libro es una obra de ficción. Los nombres, personajes, lugares e incidentes son productos de la imaginación del autor o se usan ficticiamente. Cualquier parecido con personas reales, vivas o muertas, eventos o lugares es completamente coincidencia.

Sobresueldo

Puede enviar un correo electrónico a [e-mail] con el asunto Lithium Air Battery: Allanando el camino para aviones eléctricos de pasajeros, y recibirá un correo electrónico que contiene los primeros capítulos de este libro.

Fouad Sabry

Visite el sitio web de 1BK en

www.1BKOfficial.org

Prefacio

¿Por qué escribí este libro?

La historia de escribir este libro comenzó en 1989, cuando era estudiante en la Escuela Secundaria de Estudiantes Avanzados.

Es notablemente como las escuelas STEM (Ciencia, Tecnología, Ingeniería y Matemáticas), que ahora están disponibles en muchos países avanzados.

STEM es un plan de estudios basado en la idea de educar a los estudiantes en cuatro disciplinas específicas: ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas, en un enfoque interdisciplinario y aplicado. Este término se usa típicamente para abordar una política educativa o una elección de currículo en las escuelas. Tiene implicaciones para el desarrollo de la fuerza laboral, las preocupaciones de seguridad nacional y la política de inmigración.

Había una clase semanal en la biblioteca, donde cada estudiante es libre de elegir cualquier libro y leer durante 1 hora. El objetivo de la clase es animar a los estudiantes a leer materias distintas al currículo educativo.

En la biblioteca, mientras miraba los libros en los estantes, noté libros enormes, un total de 5,000 páginas en 5 partes. El nombre del libro es La Enciclopedia de la Tecnología, que describe todo lo que nos rodea,desde el cero absoluto hasta los semiconductores, casi todas las tecnologías, en ese momento, se explicaban con ilustraciones coloridas y palabras simples. Comencé a leer la enciclopedia y, por supuesto, no pude terminarla en la clase semanal de 1 hora.

Así que convencí a mi padre para que comprara la enciclopedia. Mi padre compró todas las herramientas tecnológicas para mí al comienzo de mi vida, la primera computadora y la primera enciclopedia tecnológica, y ambas tienen un gran impacto en mí y en mi carrera.

He terminado toda la enciclopedia en las mismas vacaciones de verano de este año, y luego comencé a ver cómo funciona el universo y cómo aplicar ese conocimiento a los problemas cotidianos.

Mi pasión por la tecnología comenzó hace más de 30 años y aún así el viaje continúa.

Este libro es parte de La Enciclopedia de Tecnologías Emergentes, que es mi intento de dar a los lectores la misma experiencia increíble que tuve cuando estaba en la escuela secundaria, pero en lugar de las tecnologías del siglo 20, estoy más interesado en las tecnologías emergentes del siglo 21, las aplicaciones y las soluciones de la industria.

La Enciclopedia de Tecnologías Emergentes constará de 365 libros, cada libro se centrará en una sola tecnología emergente. Puede leer la lista de tecnologías emergentes y su categorización por industria en la parte de Próximamente, al final del libro.

365 libros para dar a los lectores la oportunidad de aumentar su conocimiento sobre una sola tecnología emergente todos los días en el transcurso de un período de un año.

Introducción

¿Cómo escribí este libro?

En cada libro de La Enciclopedia de las Tecnologías Emergentes, estoy tratando de obtener información de búsqueda instantánea y cruda, directamente de las mentes de las personas, tratando de responder a sus preguntas sobre la tecnología emergente.

Hay 3 mil millones de búsquedas en Google todos los días, y el 20% de ellas nunca se han visto antes. Son como una línea directa a los pensamientos de la gente.

A veces eso es '¿Cómo elimino el atasco de papel?'. Otras veces, son los miedos desgarradores y los anhelos secretos que solo se atreverían a compartir con Google.

En mi búsqueda por descubrir una mina de oro sin explotar de ideas de contenido sobre Batería de aire de litio, utilizo muchas herramientas para escuchar los datos de autocompletar de motores de búsqueda como Google, luego rápidamente genera cada frase y pregunta útil, la gente pregunta sobre la palabra clave Batería de aire de litio.

Es una mina de oro de conocimiento de las personas, que puedo usar para crear contenido, productos y servicios frescos y ultra útiles. La gente amable, como tú, realmente quiere.

Las búsquedas de personas son el conjunto de datos más importante jamás recopilado sobre la psique humana. Por lo tanto, este libro es un producto en vivo, y constantemente actualizado por más y más respuestas para nuevas preguntas sobre Batería de aire de litio, hechas por personas, como usted y yo, que se preguntan sobre esta nueva tecnología emergente y les gustaría saber más sobre ella.

El enfoque para escribir este libro es obtener un nivel más profundo de comprensión de cómo las personas buscan en torno a Batería de aire de litio, revelando preguntas y consultas que no necesariamente pensaría en la parte superior de mi cabeza, y respondiendo estas preguntas en palabras súper fáciles y digeribles, y navegar por el libro de una manera directa.

Entonces, cuando se trata de escribir este libro, me he asegurado de que sea lo más optimizado y específico posible. El propósito de este libro es ayudar a las personas a comprender mejor y aumentar su conocimiento sobre la batería de litio-aire. Estoy tratando de responder a las preguntas de la gente lo más cerca posible y mostrando mucho más.

Es una manera fantástica y hermosa de explorar preguntas y problemas que tienen las personas y responderlos directamente, y agregar perspicacia, validación y creatividad al contenido del libro, incluso lanzamientos y propuestas. El libro descubre áreas ricas, menos concurridas y, a veces, sorprendentes de demanda de investigación que de otro modo no alcanzaría. No hay duda de que, se espera que aumente el conocimiento de las mentes de los lectores potenciales, después de leer el libro utilizando este enfoque.

He aplicado un enfoque único para hacer que el contenido de este libro sea siempre fresco. Este enfoque depende de escuchar las mentes de las personas, mediante el uso de las herramientas de escucha de búsqueda. Este enfoque me ayudó a:

Conozca a los lectores exactamente donde están, para que pueda crear contenido relevante que toque la fibra sensible y genere una mayor comprensión del tema.

Mantén mi dedo firmemente en el pulso, para que pueda obtener actualizaciones cuando la gente hable sobre esta tecnología emergente de nuevas maneras y monitorear las tendencias a lo largo del tiempo.

Descubra tesoros ocultos de preguntas que necesitan respuestas sobre la tecnología emergente para descubrir ideas inesperadas y nichos ocultos que aumentan la relevancia del contenido y le dan una ventaja ganadora.

El bloque de construcción para escribir este libro incluye lo siguiente:

(1) He dejado de perder el tiempo en ideas viscerales y conjeturas sobre el contenido deseado por los lectores, llené el contenido del libro con lo que la gente necesita y dije adiós a las infinitas ideas de contenido basadas en especulaciones.

(2) He tomado decisiones sólidas, y he tomado menos riesgos, para obtener asientos de primera fila para lo que la gente quiere leer y quiere saber, en tiempo real, y usar los datos de búsqueda para tomar decisiones audaces, sobre qué temas incluir y qué temas excluir.

(3) He simplificado mi producción de contenido para identificar ideas de contenido sin tener que examinar manualmente las opiniones individuales para ahorrar días e incluso semanas de tiempo.

Es maravilloso ayudar a las personas a aumentar su conocimiento de una manera directa simplemente respondiendo a sus preguntas.

Creo que el enfoque de escribir este libro es único, ya que recopila y rastrea las preguntas importantes que hacen los lectores en los motores de búsqueda.

Reconocimientos

Escribir un libro es más difícil de lo que pensaba y más gratificante de lo que podría haber imaginado. Nada de esto hubiera sido posible sin el trabajo realizado por prestigiosos investigadores, y me gustaría reconocer sus esfuerzos para aumentar el conocimiento del público sobre esta tecnología emergente.

Dedicación

Para los iluminados, los que ven las cosas de manera diferente y quieren que el mundo sea mejor, no les gusta el status quo o el estado existente. Puedes estar demasiado en desacuerdo con ellos, y puedes discutir con ellos aún más, pero no puedes ignorarlos, y no puedes subestimarlos, porque siempre cambian las cosas ... Empujan a la raza humana hacia adelante, y mientras algunos pueden verlos como locos o aficionados, otros ven genios e innovadores, porque los que están lo suficientemente iluminados como para pensar que pueden cambiar el mundo, son los que lo hacen, y llevan a la gente a la iluminación.

Epígrafe

La batería de aire de litio,  también conocida como batería de aire Li  , es un tipo  de celda electroquímica de aire metálico  o química de  la batería. Funciona induciendo un flujo de corriente por la oxidación del litio en el ánodo y la reducción de oxígeno en el cátodo.

Tabla de contenidos

Derechos de autor

Sobresueldo

Prefacio

Introducción

Reconocimientos

Dedicación

Epígrafe

Tabla de contenidos

Capítulo 1: Batería de aire de litio

Capítulo 2: Electrodo

Capítulo 3: Batería de iones de litio

Capítulo 4: Batería de zinc-aire

Capítulo 5: Nanobaterías

Capítulo 6: Condensador de iones de litio

Capítulo 7: Batería de azufre de litio

Capítulo 8: Batería de iones de litio de película delgada

Capítulo 9: Batería de estado sólido

Capítulo 10: Nanoarquitecturas para baterías de iones de litio

Capítulo 11: Celda electroquímica de aire metálico

Capítulo 12: Batería de iones de potasio

Capítulo 13: Porosidad

Capítulo 14: Batería de iones de sodio

Capítulo 15: Peter Bruce

Capítulo 16: Batería de iones de aluminio

Capítulo 17: Investigación en baterías de iones de litio

Capítulo 18: Batería de magnesio

Capítulo 19: Batería de vidrio

Capítulo 20: Batería de calcio

Capítulo 21: Historia de la batería de iones de litio

Epílogo

Sobre el autor

Próximamente

Apéndices: Tecnologías emergentes en cada industria

Capítulo 1: Batería de litio-aire

La batería de litio-aire, también conocida como batería de Li-aire, es un tipo de celda electroquímica de metal-aire o química de la batería. Funciona induciendo un flujo de corriente por la oxidación del litio en el ánodo y la reducción de oxígeno en el cátodo.

Teóricamente, las células electroquímicas que tienen la máxima energía específica posible pueden producirse combinando elementos como el litio con oxígeno atmosférico.

De hecho, la energía específica teórica de una batería de litio-aire que no incluye agua, en el estado cargado con el producto Li 2 O2 y excluyendo la masa de oxígeno, es ~ 40.1 MJ / kg.

Cuando se compara con la energía específica teórica de la gasolina, esto es casi equivalente.

~46,8 MJ/kg.

En la práctica, a nivel de la celda, se han demostrado baterías de litio-aire con una energía específica de alrededor de 6,12 MJ / kg.

Esto es aproximadamente 5 veces más grande que el de una batería de iones de litio utilizada en productos comerciales.

, que es suficiente para alimentar un automóvil eléctrico que pesa 2,000 kg durante aproximadamente 500 kilómetros (310 millas) con una sola carga usando solo 60 kg de baterías.

Sin embargo, antes de que las baterías de litio-aire encuentren un lugar en el mercado, se requieren mejoras importantes tanto en su potencia teórica como en sus ciclos de vida.

Se requieren avances significativos en la tecnología de electrolitos antes de que se pueda desarrollar una aplicación comercial.

Las baterías Li-aire, que inicialmente se presentaron como una fuente de energía potencial para automóviles eléctricos de batería y vehículos eléctricos híbridos en la década de 1970, reclamaron la atención de la comunidad científica a finales de la primera década de la década de 2000 como resultado de los avances en la ciencia de los materiales.

A pesar de que el concepto de una batería de litio-aire había estado dando vueltas durante bastante tiempo antes de 1996, en la mayoría de los casos, los iones de litio viajarán a través del electrolito desde el ánodo hasta el cátodo y viceversa.

Bajo descarga, cuando se tiene que hacer un trabajo eléctrico, los electrones pasan por el circuito externo, mientras que los iones de litio se dirigen al cátodo.

Mientras se cargan las placas de metal de litio, se colocan en el ánodo.

liberando O2 en el cátodo.

Para evitar que el metal Li interactúe con el agua, el electrodo negativo de la batería acuosa debe tener una capa protectora aplicada.

El elemento litio se utiliza a menudo para el ánodo. El potencial electroquímico en el ánodo obliga al metal de litio a oxidarse y liberar electrones a través del proceso de oxidación (sin involucrar el oxígeno catódico). La siguiente es la reacción a medias:

Li ⇌ Li+ + e−

En comparación con otros materiales utilizados en baterías de metal-aire, el litio tiene una alta capacidad específica (3840 mAh / g), mientras que el zinc y el aluminio solo tienen 820 y 2965 mAh / g, respectivamente. Estas células son susceptibles a una serie de problemas. Evitar que el ánodo interactúe con el electrolito es el principal obstáculo que debe superarse al desarrollar un ánodo. Hay otras opciones, como desarrollar nuevos materiales para el electrolito o repensar el contacto entre el electrolito y el ánodo. Los depósitos de litio dendrítico pueden formarse en los ánodos de litio, lo que puede reducir su capacidad para almacenar energía o incluso causar un cortocircuito. Todavía hay una falta de claridad tanto sobre el impacto del tamaño de los poros como sobre la distribución del tamaño de los poros.

Se están utilizando varias estrategias diferentes en un esfuerzo por resolver estos problemas:

Utilización de electrolitos de copolímero di y triblock en la producción de una capa protectora de iones de litio. Estos tipos de electrolitos (por ejemplo, poliestireno con la alta conductividad de iones de litio de un segmento de polímero blando, como una mezcla de óxido de etileno (PEO) y sal de litio) combinan la estabilidad mecánica de un segmento de polímero duro con la alta conductividad iónica de una mezcla de polímero blando y sal de litio. Los pantalones cortos de dendrita se evitan por el bloqueo mecánico del nivel de dificultad.

La conductividad de los iones de litio a través del vidrio o los materiales vitrocerámicos puede (en la mayoría de los casos) reducirse fácilmente con el metal de litio.

y, por lo tanto, una película delgada hecha de una sustancia que es capaz de transmitir litio, como Li 3 P o Li3N, puede colocarse en el espacio entre la cerámica y el metal.

Este SEI a base de cerámica evita la formación de dendritas y protege el metal de litio de los efectos de la contaminación del aire.

En el cátodo, el proceso de carga transfiere electrones del oxígeno al litio por una reducción. Se ha demostrado que el carbono mesoporoso puede funcionar como sustrato catódico cuando se combina con catalizadores metálicos.

La mayoría de las limitaciones de la batería Li-aire se encuentran cerca del cátodo, que es también donde se originan sus beneficios potenciales. En el cátodo, debe haber algo de oxígeno atmosférico presente, pero las impurezas como el vapor de agua y otros contaminantes pueden degradarlo. El problema más importante es una descarga incompleta provocada por el bloqueo del cátodo de carbono poroso por productos de descarga como el peróxido de litio (en diseños apróticos).

Los catalizadores han demostrado ser prometedores en la creación de nucleación preferencial de Li 2 O 2  sobre Li 2O, no se puede deshacer en relación con el litio ya que ya ha ocurrido.

Se han explorado varios enfoques químicos diferentes.

caracterizados por el electrolito que contienen.

Debido a la falta de conocimiento sobre la electroquímica de los estados sólidos, esta discusión se centrará en los electrolitos apróticos y acuosos.

La reducción de iones de litio en el cátodo de una celda que contiene un electrolito aprótico da como resultado la producción de óxidos de litio.

Li+ + e− +O 2 + * → LiO2*

Li+ + e− +LiO 2* →Li 2 O2*

donde * denota un sitio de superficie en Li 2 O 2 donde continúa el crecimiento, que es esencialmente una vacante