Batterie Au Lithium-Air: Ouvrir la voie aux avions de ligne électriques

Par Fouad Sabry

Qu'est-ce qu'une batterie lithium-air

La batterie lithium-air, également connue sous le nom de batterie Li-air, est une sorte de cellule électrochimique métal-air ou de chimie de batterie. Il fonctionne en induisant un flux de courant par l'oxydation du lithium à l'anode et la réduction de l'oxygène à la cathode.

Comment vous en bénéficierez

(I) Insights et validations sur les sujets suivants :

Chapitre 1 : Batterie lithium-air

Chapitre 2 : Électrode

Chapitre 3 : Lithium-ion batterie

Chapitre 4 : Batterie zinc-air

Chapitre 5 : Nanobatteries

Chapitre 6 : Condensateur lithium-ion

Chapitre 7 : Batterie lithium-soufre

Chapitre 8 : Batterie lithium-ion à couches minces

Chapitre 9 : Batterie à semi-conducteurs

Chapitre 10 : Nanoarchitectures pour lithium-ion batteries

Chapitre 11 : Cellule électrochimique métal-air

Chapitre 12 : Batterie ion potassium

Chapitre 13 : Séparateur (électricité)

Chapitre 14 : Batterie sodium-ion

Chapitre 15 : Peter Bruce

Chapitre 16 : Batterie aluminium-ion

Chapitre 17 : Recherche sur les batteries lithium-ion

Chapitre 18 : Pile au magnésium

Chapitre 19 : Pile en verre

Chapitre 20 : C batterie alcium

Chapitre 21 : Histoire de la batterie lithium-ion

(II) Répondre aux principales questions du public sur la batterie lithium-air.

(III) Réel exemples mondiaux d'utilisation de la batterie lithium-air dans de nombreux domaines.

(IV) 17 annexes pour expliquer, brièvement, 266 technologies émergentes dans chaque industrie afin d'avoir une compréhension complète à 360 degrés des technologies de la batterie lithium-air.

À qui s'adresse ce livre

Professionnels, étudiants de premier cycle et des cycles supérieurs, passionnés, amateurs et ceux qui veulent aller au-delà des connaissances ou des informations de base pour tout type de batterie au lithium-air.

• Langue: Français
• Éditeur: Un Milliard De Personnes Informées [French]
• Date de sortie: 16 oct. 2022

Aperçu du livre

Copyright

Batterie lithium air Copyright © 2022 par Fouad Sabry. Tous droits réservés.

Tous droits réservés. Aucune partie de ce livre ne peut être reproduite sous quelque forme ou par quelque moyen électronique ou mécanique, y compris les systèmes de stockage et de récupération de l’information, sans l’autorisation écrite de l’auteur. La seule exception est faite par un examinateur, qui peut citer de courts extraits dans une critique.

Couverture dessinée par Fouad Sabry.

Ce livre est une œuvre de fiction. Les noms, les personnages, les lieux et les incidents sont soit des produits de l’imagination de l’auteur, soit utilisés de manière fictive. Toute ressemblance avec des personnes réelles, vivantes ou mortes, des événements ou des lieux est entièrement fortuite.

Bonus

Vous pouvez envoyer un e-mail à [e-mail] avec pour objet « Lithium Air Battery: Paving the way for electric passenger planes », et vous recevrez un e-mail contenant les premiers chapitres de ce livre.

Fouad Sabry

Visitez le site Web de 1BK à l’adresse

www.1BKOfficial.org

Préface

Pourquoi ai-je écrit ce livre ?

L’histoire de l’écriture de ce livre a commencé en 1989, alors que j’étais étudiant à l’école secondaire des étudiants avancés.

C’est remarquablement comme les écoles STEM (Science, Technology, Engineering and Mathematics), qui sont maintenant disponibles dans de nombreux pays avancés.

STEM est un programme basé sur l’idée d’éduquer les étudiants dans quatre disciplines spécifiques - science, technologie, ingénierie et mathématiques - dans une approche interdisciplinaire et appliquée. Ce terme est généralement utilisé pour désigner une politique éducative ou un choix de programme dans les écoles. Elle a des répercussions sur le perfectionnement de la main-d’œuvre, les préoccupations en matière de sécurité nationale et la politique d’immigration.

Il y avait un cours hebdomadaire dans la bibliothèque, où chaque élève est libre de choisir n’importe quel livre et de lire pendant 1 heure. L’objectif de la classe est d’encourager les élèves à lire des matières autres que le programme éducatif.

Dans la bibliothèque, alors que je regardais les livres sur les étagères, j’ai remarqué d’énormes livres, totalisant 5 000 pages en 5 parties. Le nom du livre est « L’Encyclopédie de la technologie », qui décrit tout ce qui nous entoure, duzéro absolu aux semi-conducteurs, presque toutes les technologies, à cette époque, ont été expliquées avec des illustrations colorées et des mots simples. J’ai commencé à lire l’encyclopédie, et bien sûr, je n’ai pas pu la terminer dans le cours hebdomadaire de 1 heure.

J’ai donc convaincu mon père d’acheter l’encyclopédie. Mon père m’a acheté tous les outils technologiques au début de ma vie, le premier ordinateur et la première encyclopédie technologique, et les deux ont un grand impact sur moi et ma carrière.

J’ai terminé toute l’encyclopédie pendant les mêmes vacances d’été de cette année, puis j’ai commencé à voir comment l’univers fonctionne et comment appliquer ces connaissances aux problèmes quotidiens.

Ma passion pour la technologie a commencé il y a plus de 30 ans et le voyage continue.

Ce livre fait partie de « L’Encyclopédie des technologies émergentes » qui est ma tentative de donner aux lecteurs la même expérience étonnante que j’ai eue quand j’étais au lycée, mais au lieu des technologies du 20ème siècle, je suis plus intéressé par les technologies émergentes du 21ème siècle, les applications et les solutions industrielles.

« L’Encyclopédie des technologies émergentes » sera composée de 365 livres, chaque livre sera axé sur une seule technologie émergente. Vous pouvez lire la liste des technologies émergentes et leur catégorisation par industrie dans la partie « Bientôt disponible », à la fin du livre.

365 livres pour donner aux lecteurs la possibilité d’accroître leurs connaissances sur une seule technologie émergente chaque jour au cours d’une période d’un an.

Introduction

Comment ai-je écrit ce livre ?

Dans chaque livre de « The Encyclopedia of Emerging Technologies », j’essaie d’obtenir des informations de recherche instantanées et brutes, directement de l’esprit des gens, en essayant de répondre à leurs questions sur la technologie émergente.

Il y a 3 milliards de recherches Google chaque jour, et 20% d’entre elles n’ont jamais été vues auparavant. Ils sont comme une ligne directe vers les pensées des gens.

Parfois, c’est 'Comment puis-je enlever le bourrage papier'. D’autres fois, ce sont les peurs déchirantes et les désirs secrets qu’ils n’oseraient jamais partager qu’avec Google.

Dans ma quête pour découvrir une mine d’or inexploitée d’idées de contenu sur « Lithium Air Battery », j’utilise de nombreux outils pour écouter les données de saisie semi-automatique des moteurs de recherche comme Google, puis je lance rapidement chaque phrase et question utile, les gens demandent autour du mot-clé « Lithium Air Battery ».

C’est une mine d’or de perspicacité des gens, que je peux utiliser pour créer du contenu, des produits et des services frais et ultra-utiles. Les gens gentils, comme vous, veulent vraiment.

Les recherches de personnes sont l’ensemble de données le plus important jamais collecté sur la psyché humaine. Par conséquent, ce livre est un produit en direct, et constamment mis à jour par de plus en plus de réponses à de nouvelles questions sur « Lithium Air Battery », posées par des gens, tout comme vous et moi, s’interrogeant sur cette nouvelle technologie émergente et aimeraient en savoir plus à ce sujet.

L’approche pour écrire ce livre est d’obtenir un niveau plus profond de compréhension de la façon dont les gens recherchent autour de « Lithium Air Battery », révélant des questions et des requêtes auxquelles je ne penserais pas nécessairement de tête, et répondant à ces questions avec des mots super faciles et digestes, et de naviguer dans le livre d’une manière simple.

Donc, quand il s’agit d’écrire ce livre, j’ai veillé à ce qu’il soit aussi optimisé et ciblé que possible. Le but de ce livre est d’aider les gens à mieux comprendre et à développer leurs connaissances sur « Lithium Air Battery ». J’essaie de répondre aux questions des gens aussi fidèlement que possible et de montrer beaucoup plus.

C’est une façon fantastique et belle d’explorer les questions et les problèmes que les gens ont et d’y répondre directement, et d’ajouter de la perspicacité, de la validation et de la créativité au contenu du livre – même des pitchs et des propositions. Le livre révèle des domaines de recherche riches, moins encombrés et parfois surprenants que je n’atteindrais pas autrement. Il ne fait aucun doute qu’il devrait accroître la connaissance de l’esprit des lecteurs potentiels, après avoir lu le livre en utilisant cette approche.

J’ai appliqué une approche unique pour rendre le contenu de ce livre toujours frais. Cette approche dépend de l’écoute de l’esprit des gens, en utilisant les outils d’écoute de recherche. Cette approche m’a aidé à :

Rencontrez les lecteurs exactement là où ils se trouvent, afin que je puisse créer un contenu pertinent qui touche une corde sensible et favorise une meilleure compréhension du sujet.

Gardez le doigt sur le pouls, afin que je puisse obtenir des mises à jour lorsque les gens parlent de cette technologie émergente de nouvelles façons, et surveiller les tendances au fil du temps.

Découvrez des trésors cachés de questions ont besoin de réponses sur la technologie émergente pour découvrir des informations inattendues et des niches cachées qui renforcent la pertinence du contenu et lui donnent un avantage gagnant.

Les éléments constitutifs de la rédaction de ce livre sont les suivants :

(1) J’ai cessé de perdre du temps sur le contenu voulu par les lecteurs, j’ai rempli le contenu du livre avec ce dont les gens ont besoin et j’ai dit au revoir aux idées de contenu sans fin basées sur des spéculations.

(2) J’ai pris des décisions solides, et pris moins de risques, pour être aux premières loges de ce que les gens veulent lire et savoir – en temps réel – et utiliser les données de recherche pour prendre des décisions audacieuses, sur les sujets à inclure et les sujets à exclure.

(3) J’ai rationalisé ma production de contenu pour identifier les idées de contenu sans avoir à passer manuellement au crible les opinions individuelles pour gagner des jours et même des semaines de temps.

C’est merveilleux d’aider les gens à accroître leurs connaissances d’une manière simple en répondant simplement à leurs questions.

Je pense que l’approche de l’écriture de ce livre est unique car elle rassemble et suit les questions importantes posées par les lecteurs sur les moteurs de recherche.

Remerciements

Écrire un livre est plus difficile que je ne le pensais et plus gratifiant que je n’aurais jamais pu l’imaginer. Rien de tout cela n’aurait été possible sans le travail accompli par des chercheurs prestigieux, et je tiens à souligner leurs efforts pour accroître les connaissances du public sur cette technologie émergente.

Dédicace

Pour les éclairés, ceux qui voient les choses différemment et veulent que le monde soit meilleur, ils n’aiment pas le statu quo ou l’État existant. Vous pouvez trop être en désaccord avec eux, et vous pouvez discuter encore plus avec eux, mais vous ne pouvez pas les ignorer, et vous ne pouvez pas les sous-estimer, parce qu’ils changent toujours les choses ... Ils poussent la race humaine en avant, et tandis que certains peuvent les voir comme des fous ou des amateurs, d’autres voient du génie et des innovateurs, parce que ceux qui sont assez éclairés pour penser qu’ils peuvent changer le monde, sont ceux qui le font, et conduisent les gens à l’illumination.

Épigraphe

La batterie lithium-air,  également connue sous le nom  de batterie Li  air  , est une sorte  de cellule électrochimique à air métallique  ou de chimie de batterie. Il agit en induisant un flux de courant par l’oxydation du lithium à l’anode et la réduction de l’oxygène à la cathode.

Table des matières

Copyright

Bonus

Préface

Introduction

Remerciements

Dédicace

Épigraphe

Table des matières

Chapitre 1 : Batterie lithium-air

Chapitre 2 : Électrode

Chapitre 3 : Batterie lithium-ion

Chapitre 4 : Batterie zinc-air

Chapitre 5 : Nanobatteries

Chapitre 6 : Condensateur lithium-ion

Chapitre 7 : Batterie au lithium-soufre

Chapitre 8 : Batterie lithium-ion à couche mince

Chapitre 9 : Batterie à semi-conducteurs

Chapitre 10 : Nanoarchitectures pour batteries lithium-ion

Chapitre 11 : Cellule électrochimique à air métallique

Chapitre 12 : Batterie potassium-ion

Chapitre 13 : Porosité

Chapitre 14 : Batterie sodium-ion

Chapitre 15 : Peter Bruce

Chapitre 16 : Batterie aluminium-ion

Chapitre 17 : Recherche sur les batteries lithium-ion

Chapitre 18 : Batterie au magnésium

Chapitre 19 : Batterie en verre

Chapitre 20 : Batterie au calcium

Chapitre 21 : Histoire de la batterie lithium-ion

Épilogue

À propos de l’auteur

À venir

Annexes : Technologies émergentes dans chaque industrie

Chapitre 1 : Batterie lithium-air

La batterie lithium-air, également connue sous le nom de batterie Li-air, est une sorte de cellule électrochimique métal-air ou de chimie de batterie. Il agit en induisant un flux de courant par l’oxydation du lithium à l’anode et la réduction de l’oxygène à la cathode.

Théoriquement, les cellules électrochimiques qui ont le maximum d’énergie spécifique possible peuvent être produites en combinant des éléments tels que le lithium avec de l’oxygène atmosphérique.

En effet, l’énergie spécifique théorique d’une batterie lithium-air qui ne comprend pas d’eau, à l’état chargé avec le produitLi2O2 et hors masse d’oxygène, est de ~40,1 MJ/kg.

Comparée à l’énergie spécifique théorique de l’essence, elle est presque équivalente.

~46,8 MJ/kg.

En pratique, au niveau de la cellule, des batteries lithium-air d’une énergie spécifique d’environ 6,12 MJ/kg ont été montrées.

C’est environ 5 fois plus grand que celui d’une batterie lithium-ion utilisée dans les produits commerciaux.

, ce qui est suffisant pour alimenter une voiture électrique pesant 2 000 kg sur environ 500 kilomètres (310 miles) sur une seule charge en utilisant seulement 60 kg de batteries.

Cependant, avant que les batteries lithium-air ne trouvent une place sur le marché, des améliorations majeures de leur puissance théorique et de leur cycle de vie sont nécessaires.

Des percées significatives dans la technologie de l’électrolyte sont nécessaires avant qu’une application commerciale puisse être développée.

Les batteries Li-air, initialement présentées comme une source d’énergie potentielle pour les voitures électriques à batterie et les véhicules électriques hybrides dans les années 1970, ont repris l’attention de la communauté scientifique vers la fin de la première décennie des années 2000 à la suite des progrès de la science des matériaux.

Même si le concept d’une batterie lithium-air était en cours depuis un certain temps avant 1996, dans la plupart des cas, les ions lithium voyagent à travers l’électrolyte de l’anode à la cathode et inversement.

Sous décharge, lorsque des travaux électriques doivent être effectués, les électrons passent par le circuit externe, tandis que les ions lithium se dirigent vers la cathode.

Pendant que les plaques de lithium métal sont chargées, elles sont placées sur l’anode.

libérant O2 à la cathode.

Afin d’empêcher le métal Li d’interagir avec l’eau, une couche protectrice doit être appliquée à l’électrode négative de la batterie aqueuse.

L’élément lithium est souvent utilisé pour l’anode. Le potentiel électrochimique à l’anode oblige le lithium métal à s’oxyder et à libérer des électrons via le processus d’oxydation (sans impliquer l’oxygène cathodique). Voici la demi-réaction:

Li ⇌ Li+ + e−

Par rapport aux autres matériaux utilisés dans les batteries métal-air, le lithium a une capacité spécifique élevée (3840 mAh / g), tandis que le zinc et l’aluminium n’ont que 820 et 2965 mAh / g, respectivement. Ces cellules sont sensibles à un certain nombre de problèmes. Empêcher l’anode d’interagir avec l’électrolyte est le principal obstacle qui doit être surmonté lors du développement d’une anode. Il existe d’autres options, telles que le développement de nouveaux matériaux pour l’électrolyte ou la refonte du contact entre l’électrolyte et l’anode. Des dépôts de lithium dendritique peuvent se former sur les anodes de lithium, ce qui peut réduire leur capacité à stocker de l’énergie ou même provoquer un court-circuit. Il y a encore un manque de clarté sur l’impact de la taille des pores et la distribution de la taille des pores.

Plusieurs stratégies différentes sont utilisées pour tenter de résoudre ces problèmes :

Utilisation d’électrolytes copolymères di- et triblocs dans la production d’une couche protectrice Li-ion. Ces types d’électrolytes (par exemple, le polystyrène avec la conductivité Li-ion élevée d’un segment de polymère mou, tel qu’un mélange de poly(oxyde d’éthylène (PEO) et de sel Li) combine la stabilité mécanique d’un segment de polymère dur avec la conductivité ionique élevée d’un mélange de polymère mou et de sel de lithium. Les shorts Dendrite sont empêchés par le blocage mécanique du niveau de difficulté.

La conductivité des ions lithium à travers le verre ou les matériaux vitrocéramiques peut (dans la plupart des cas) être facilement abaissée par le lithium métal.

et donc un film mince constitué d’une substance capable de transmettre du lithium, telle que Li 3 P ou Li3N, peut être placé dans l’espace entre la céramique et le métal.

Ce SEI à base de céramique empêche la formation de dendrites et protège le lithium métal des effets de la pollution atmosphérique.

À la cathode, le processus de charge transfère les électrons de l’oxygène au lithium par une réduction. Il a été démontré que le carbone mésoporeux peut fonctionner comme substrat cathodique lorsqu’il est combiné avec des catalyseurs métalliques.

La majorité des limitations de la batterie Li-air sont situées près de la cathode, qui est également d’où proviennent ses avantages potentiels. À la cathode, il doit y avoir de l’oxygène atmosphérique présent, mais des impuretés comme la vapeur d’eau et d’autres polluants peuvent le dégrader. Le problème le plus important est une décharge incomplète provoquée par le blocage de la cathode de carbone poreuse par des produits de décharge comme le peroxyde de lithium (dans les conceptions aprotiques).

Les catalyseurs se sont révélés prometteurs en créant une nucléation préférentielle de Li2O2 sur Li2O, elle ne peut pas être annulée par rapport au lithium puisqu’elle s’est déjà produite.

Plusieurs approches chimiques différentes ont été explorées.

caractérisés par l’électrolyte qu’ils contiennent.

En raison du manque de connaissances sur l’électrochimie des états solides, cette discussion se concentrera sur les électrolytes aprotiques et aqueux.

La réduction des ions lithium à la cathode d’une cellule contenant un électrolyte aprotique entraîne la production d’oxydes de lithium.

Li+ + e− +O 2 + * → LiO2*

Li+ + e− +LiO 2* →Li 2 O2*

où