Batterie Nanofil: Extension de la durée de vie de la batterie à des centaines de milliers de cycles

Par Fouad Sabry

Qu'est-ce qu'une batterie à nanofils

La surface de l'une ou des deux électrodes d'une batterie à nanofils peut être augmentée par l'utilisation de nanofils. Bien que de nombreuses conceptions et itérations de la batterie lithium-ion aient été présentées, aucune d'entre elles n'est encore prête à être achetée sur le marché. Toutes ces alternatives à l'anode en graphite conventionnelle ont le potentiel d'améliorer les performances de la batterie.

Comment vous en bénéficierez

(I) Insights, et validations sur les sujets suivants :

Chapitre 1 : Batterie nanofil

Chapitre 2 : Électrode

Chapitre 3 : Batterie lithium-ion

>Chapitre 4 : Nanobatteries

Chapitre 5 : Nanodot

Chapitre 6 : Lithium fer phosphate

Chapitre 7 : Condensateur lithium-ion

Chapitre 8 : Batterie lithium-soufre

Chapitre 9 : Batterie à semi-conducteurs

Chapitre 10 : Batteries Nanoball

Chapitre 11 : Nanoarchitectures pour batteries lithium-ion

Chapitre 12 : Batterie lithium-air

Chapitre 13 : Cellule électrochimique métal-air

Chapitre 14 : Batterie potassium-ion

Chapitre 15 : Batterie sodium-ion

Chapitre 16 : Batterie aluminium-ion

Chapitre 17 : Recherche sur les batteries lithium-ion

Chapitre 18 : Batterie lithium-silicium

Chapitre 19 : Nanofil de silicium

Chapitre 20 : Oxycarbure e glass

Chapitre 21 : Batterie au silicium à l'état solide

(II) Répondre aux principales questions du public sur la batterie à nanofils.

(III) Exemples concrets pour la utilisation de la batterie à nanofils 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 des batteries à nanofils.

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 à nanofils.

• Langue: Français
• Éditeur: Un Milliard De Personnes Informées [French]
• Date de sortie: 17 oct. 2022

Aperçu du livre

Copyright

Nanowire Battery 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 « Nanowire Battery: Extending the battery life to centaines of thousand of cycles », 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 « Nanowire 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 posent autour du mot-clé « Nanowire 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 « Nanowire 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 « Nanowire Battery », révélant des questions et des requêtes auxquelles je ne penserais pas nécessairement de mémoire, 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 la « batterie à nanofils ». 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 surface de l’une ou des deux électrodes d’une batterie à nanofils peut être augmentée par l’utilisation de nanofils. Bien que de nombreuses conceptions et itérations de la batterie lithium-ion aient été présentées, aucune d’entre elles n’est encore prête à l’achat sur le marché. Toutes ces alternatives à l’anode en graphite conventionnelle ont le potentiel d’améliorer les performances de la batterie.

Table des matières

Copyright

Bonus

Préface

Introduction

Remerciements

Dédicace

Épigraphe

Table des matières

Chapitre 1 : Batterie à nanofils

Chapitre 2 : Électrode

Chapitre 3 : Batterie lithium-ion

Chapitre 4 : Nanobatteries

Chapitre 5 : Phosphate de fer lithium

Chapitre 6 : Phosphate de fer lithium

Chapitre 7 : Condensateur lithium-ion

Chapitre 8 : Batterie au lithium-soufre

Chapitre 9 : Batterie à semi-conducteurs

Chapitre 10 : Nanoarchitectures pour batteries lithium-ion

Chapitre 10 : Nanoarchitectures pour batteries lithium-ion

Chapitre 12 : Batterie lithium-air

Chapitre 13 : Cellule électrochimique à air métallique

Chapitre 14 : Batterie potassium-ion

Chapitre 15 : Batterie sodium-ion

Chapitre 16 : Batterie aluminium-ion

Chapitre 17 : Recherche sur les batteries lithium-ion

Chapitre 18 : Batterie au lithium-silicium

Chapitre 19 : Nanofil de silicium

Chapitre 20 : Verre oxycarbure

Chapitre 21 : Batterie au silicium à semi-conducteurs

Épilogue

À propos de l’auteur

À venir

Annexes : Technologies émergentes dans chaque industrie

Chapitre 1 : Batterie à nanofils

La surface de l’une ou des deux électrodes d’une batterie à nanofils peut être augmentée par l’utilisation de nanofils. Bien que d’autres versions de la batterie lithium-ion, y compris celles à base de silicium, de germanium et d’oxydes de métaux de transition, aient été annoncées, aucune d’entre elles n’est maintenant disponible à l’achat sur le marché. Toutes ces alternatives à l’anode en graphite conventionnelle ont le potentiel d’améliorer les performances globales de la batterie.

En raison du fait qu’il possède des qualités matérielles bénéfiques, le silicium est un matériau attrayant pour une utilisation dans des applications telles que les anodes dans les batteries au lithium.

En particulier, le silicium a un faible potentiel de décharge et une grande capacité de charge théorique, qui est dix fois supérieure à celle des anodes en graphite courantes utilisées dans l’industrie à l’heure actuelle.

Ces caractéristiques peuvent être améliorées en utilisant des nanofils, ce qui augmenterait la surface en contact avec l’électrolyte, augmentant ainsi la densité de puissance de l’anode et permettant une charge plus rapide et une distribution de courant plus élevée.

Cependant, en raison de l’expansion de volume qui se produit pendant la lithiation, l’utilisation d’anodes en silicium dans les batteries a été limitée.

Au cours du processus de charge, le silicium subit une expansion de 400% en raison de son intercalation avec le lithium, ce qui rend la substance moins utile.

Une expansion anisotrope du volume a lieu ici, résultant de la propagation de fractures qui s’est produite peu de temps après un front de lithiation mobile.

Le résultat de ces fissures est la pulvérisation et une perte de capacité importante, qui sont tous deux visibles dans les premiers cycles.

donne un aperçu des études préliminaires menées sur les anodes à base de silicium pour les cellules secondaires lithium-ion.

En particulier, Hong Li et al

Un concept prévoit qu’un revêtement de nanofils de silicium soit placé sur une anode en acier inoxydable. Le silicium est capable de stocker le lithium dix fois plus efficacement que le graphite, ce qui se traduit par une densité énergétique accrue. La densité de puissance de l’anode est augmentée en raison de sa grande surface, ce qui permet également de charger rapidement la batterie et de produire un courant élevé. En 2007, l’Université de Stanford a été le site de l’invention de l’anode.

Les chercheurs ont accompli 250 cycles de charge en septembre 2010, préservant plus de 80 % de la capacité de stockage d’origine dans chacun d’eux.

On a émis l’hypothèse qu’une batterie lithium-ion avec une anode en nanofil de germanium pourrait améliorer à la fois la densité d’énergie et la durabilité du cycle de la batterie. De la même manière que le silicium, le germanium a une grande capacité théorique (1600 mAh g-1), se dilate pendant sa charge et se décompose après un nombre relativement faible de cycles.

Les oxydes de métaux de transition (TMO), tels que Cr 2 O 3, Fe 2 O 3, MnO2, Co3 O 4 et PbO 2, les matériaux de cellule traditionnels dans la batterie lithium-ion (LIB) et d’autres systèmes de batterie, les matériaux d’anode en lithium-ion offrent de nombreux avantages par rapport aux matériaux de cellules conventionnels.

Certains d’entre eux ont une grande capacité d’énergie théoriquement disponible, et se produisent en grand nombre par nature, non dangereux pour l’homme en plus d’être sans danger pour l’environnement.

Considérant que l’idée de l’électrode de batterie nanostructurée vient d’être présentée, les chercheurs commencent à étudier l’utilisation de nanofils à base de TMO comme matériaux d’électrode dans leurs expériences.

Dans le paragraphe suivant, nous parlerons de certaines études récentes qui ont été faites sur cette idée.

La batterie plomb-acide est le type le plus traditionnel de cellule de batterie rechargeable.

Même si la matière première (PbO2) pour la production de cellules est assez accessible et bon marché, l’énergie spécifique contenue dans les cellules de batterie plomb-acide n’est pas très élevée.

Pendant le cycle de fonctionnement, l’effet épaississant de la pâte (également connu sous le nom d’effet d’expansion volumétrique) limite également le flux efficace de l’électrolyte.

En raison de ces problèmes, la cellule n’a pas été en mesure d’atteindre son plein potentiel en termes de réalisation de certaines activités énergivores.

En 2014, un expérimentateur a réussi à obtenir le nanofil PbO2 par électrodéposition simple du modèle.

De plus, l’efficacité de ce nanofil dans son rôle d’anode pour une batterie plomb-acide a été évaluée.

En raison de l’augmentation significative de la surface, cette cellule a pu fournir une capacité presque constante d’environ 190 mAh g−1 même après 1 000 cycles.

Ce résultat a montré que ce PbO2 nanostructuré était un substitut assez prometteur à l’anode plomb-acide normale.

MnO2 a toujours été un bon candidat pour les matériaux d’électrode en raison de sa capacité énergétique élevée, de sa non-toxicité et de son efficacité en termes de coût.

Cependant, une expansion volumétrique significative résulterait de l’injection d’ions lithium dans la matrice cristalline pendant le cycle de charge