1. «Генетические различия» между двумя типами батарей.
Хотя как твердотельные-батареи, так и натриево-ионные-батареи находятся в центре внимания как аккумуляторные технологии следующего-поколения, их фундаментальная логика использования УНТ совершенно разная.
Целью твердотельных-батарей является "более безопасная и более высокая энергия" - замена жидких электролитов твердотельными-электролитами для фундаментального решения проблемы термического разгона. Однако компромиссом-является плохой-межфазный контакт между твердыми телами и низкая эффективность переноса ионов, которые являются самыми большими препятствиями на пути индустриализации твердотельных-батарей.
Цель ионно-натриевых батарей - – "дешевле и экологичнее". - Ресурсы натрия в изобилии, а стоимость намного ниже, чем у лития. Компромисс- заключается в том, что ионный радиус натрия на 34 % больше, чем у лития, что затрудняет интеркаляцию и деинтеркаляцию. Кроме того, собственная электропроводность материалов слаба, что приводит к низкой плотности энергии.
Различные «гены» этих двух типов батарей определяют совершенно разные роли, которые УНТ играют в каждом из них.
2. Твердотельные-батареи: ОСУНТ – «ключевой материал для обеспечения возможностей»
2.1. Три основных узких места твердотельных-батарей
При переходе твердотельных-батарей из лаборатории к массовому производству возникают три основные проблемы:
| Узкое место | Конкретное проявление |
|---|---|
| Высокий межфазный импеданс | Недостаточный контакт между твердым электролитом и электродом; транспорт ионов затруднен |
| Низкая эффективность транспорта ионов/электронов | Отсутствие смачивания жидким электролитом; неполная проводящая сеть |
| Плохая механическая стабильность | Изменения объема во время заряда/разряда приводят к расслоению границ раздела. |
2.2 Уникальная ценность ОСНТ
Исследование Shandong Tanfeng показывает, что ОСУНТ могут систематически устранять эти три узких места:
Сначала создадим трехмерную проводящую сеть-.ОСУНТ имеют одномерную наноструктуру- и характеристики баллистического транспорта электронов, а их электропроводность в 1000 раз выше, чем у меди. При небольшом добавлении они могут образовывать трехмерную-непрерывную проводящую сеть внутри электрода, значительно улучшая электронную проводимость твердотельных-батарей и уменьшая внутреннее сопротивление.
Во-вторых, улучшение межфазного контакта.Высокая гибкость ОУНТ позволяет им точно соответствовать микро-зазорам между электродом и электролитом, уменьшая контактные потери и эффективно снижая межфазное сопротивление.
В-третьих, расширение объема буферизации.Аноды на основе кремния-испытывают объемное расширение до 300 % во время зарядки/разрядки, что может легко привести к распылению частиц и разрушению конструкции. ОСУНТ могут образовывать гибкую опорную сеть между частицами кремния, действуя как «нано-пружины», поглощая напряжение, поддерживая целостность электродов и значительно увеличивая срок службы батареи.
2.3 Промышленная валидация: уже применяется компанией Shandong Tanfeng
Крупнейшие отечественные компании, занимающиеся исследованием и разработкой твердотельных-/полу-твердотельных-батарей, являются клиентами Shandong Tanfeng. Компания владеет определенной долей поставок УНТ в области твердотельных-батарей и поставляет сопутствующую продукцию многочисленным зарубежным производителям твердотельных-батарей.
Ключевой вывод:Для твердотельных-батарей SWCNT — это "необходимо-иметь", а не "желательно-иметь-".
3. Натриевые-ионные батареи: УНТ повышают производительность.
3.1 Проблема проводимости ионно-натриевых батарей
Материалы, используемые в ионно-натриевых батареях, обладают слабой электропроводностью и низкой плотностью энергии. Следовательно, им требуются более качественные проводящие добавки для соответствующей адаптации, уменьшения занимаемого пространства, увеличения объемной плотности энергии и формирования эффективной проводящей сети.
Академические исследования также подтвердили важное значение применения УНТ в натрий-ионных батареях. Углеродные материалы с их высокой электропроводностью, структурным разнообразием и низкой стоимостью широко изучались для использования в качестве анодов в ионно-натриевых батареях. УНТ с их высокой удельной поверхностью и отличными электрохимическими характеристиками привлекли значительное внимание в области натрий-ионных аккумуляторов.
3.2 Основные требования к ионно-натриевым батареям для УНТ
В отличие от твердотельных-батарей, требования к натрий-ионным батареям для УНТ в основном отражаются в следующих аспектах:
| Требование Размерность | Конкретный контент |
|---|---|
| Строительство проводящей сети | Компенсирует присущую материалам слабую электропроводность. |
| Улучшение возможностей скорости | Улучшает кинетику интеркаляции/деинтеркаляции ионов натрия |
| Компенсация плотности энергии | Достигает более высокой производительности в ограниченном пространстве |
Основными производителями, в настоящее время изучающими натрий-ионные батареи, являются клиенты компании, а некоторые клиенты уже использовали продукцию компании из SWCNT в своих программах исследований и разработок натриевых батарей.
Это означает, что даже для «недорогих»-натриевых-ионных аккумуляторов высококачественные-решения также требуют для своей поддержки высокопроизводительные-ОУНТ.
4. Сравнение использования: интенсивность спроса на УНТ в разных системах.
Два сценария применения кремниевых-углеродных анодов и тройных катодов с высоким-никелем предъявляют более высокие требования к производительности и, следовательно, требуют большего количества УНТ.
Логика этой оценки ясна:
Твердотельные-аккумуляторысвязаны со сложными проблемами, такими как твердотельные-твердые границы раздела и расширение объема, что приводит к самой высокой интенсивности спроса на УНТ (особенно ОСУНТ).
Натриевые-ионные аккумуляторы, хотя для улучшения проводимости требуются УНТ, общие требования к производительности менее строгие, чем для кремниевых-углеродных анодов и тройных катодов с высоким-никелем, и поэтому их требуется относительно меньшее количество.
С точки зрения технологического плана и с учетом фундаментальных характеристик материалов технологические направления с высокими требованиями к производительности, такие как твердотельные-батареи, будут иметь более высокий спрос на продукцию SWCNT.
5. Руководство по выбору: одна таблица для понимания вашего выбора
| Тип батареи | Основная задача | Роль УНТ | Рекомендуемый тип | Тенденция использования |
|---|---|---|---|---|
| Твердотельный-твердотельный | Высокий межфазный импеданс, плохой сплошной-твердый контакт | Постройте проводящую сеть, увеличьте объем буфера, улучшите интерфейс. | В первую очередь ОСНТ | Высокий спрос, постоянно растущий |
| Полу-твердотельный-полупроводниковый | Межфазная стабильность | То же, что твердотельный-, но с несколько меньшими требованиями. | Гибрид ОСУНТ + МУНТ | Сравнительно высокий спрос |
| Натрий-Ион | Слабая проводимость, низкая плотность энергии | Повышение эффективности проводящей сети | В основном ОСНТ (для-высокого класса) | Умеренный, растет по мере индустриализации |
| Обычный литий--ионный | Замена проводящей добавки | Замените технический углерод, улучшите производительность | В первую очередь МУНТ | Устойчивый рост |
Краткое содержание в одном предложении:
Твердотельные-аккумуляторы:ОСУНТ имеют важное значение, поскольку они широко используются и имеют высокий спрос.
Натриево-ионные-аккумуляторы:УНТ (особенно ОСУНТ) необходимы для повышения производительности, но их количество относительно меньше.
6. Преимущества Шаньдун Танфэн
Как профессиональный производитель УНТ, наше общее сотрудничество в области твердотельных-батарей и натриевых-ионных батарей дает следующие преимущества:
Во-первых, полный охват продуктовой линейки.Мы поставляем продукцию как из SWCNT, так и из MWCNT, отвечающую потребностям различных технологических направлений, таких как твердотельные-батареи, полу-твердотельные-батарейки и натриевые-ионные батареи.
Во-вторых, ведущая проверка индустриализации.Наша продукция из SWCNT была протестирована несколькими ведущими компаниями-производителями твердотельных-батарей и натриевых-ионных батарей. Некоторым из них уже удалось осуществить поставку небольших-партий, и наши успехи в проверке клиентов играют ведущую роль.
В-третьих, обеспечение производственных мощностей.Благодаря постоянному расширению производственных мощностей по производству SWCNT мы можем предоставлять клиентам стабильные, серийные-поставки продукции, предлагая материальные гарантии для индустриализации твердотельных-батарей и натриевых-ионных батарей.
В-четвертых, техническая поддержка приложений.Удовлетворяя особые потребности в твердотельных-батареях и натриевых-ионных батареях, мы предоставляем комплексную техническую поддержку,-от процессов диспергирования и оптимизации рецептуры до испытаний элементов,-помогая клиентам быстро завершить интеграцию материалов.
В настоящее время наша продукция из УНТ широко используется в транспортных средствах на новых источниках энергии, в системах хранения энергии, бытовой электронике и других областях. Поскольку индустриализация твердотельных-батарей и ионно-натриевых-батарей ускоряется, мы надеемся на сотрудничество с большим количеством клиентов для продвижения внедрения аккумуляторных технологий-следующего поколения.