Lithium-Luft-Batterie: Wegbereiter für elektrische Passagierflugzeuge

Von Fouad Sabry

Was ist eine Lithium-Luft-Batterie

Die Lithium-Luft-Batterie, auch als Li-Luft-Batterie bekannt, ist eine Art elektrochemische Metall-Luft-Zelle oder Batteriechemie. Es funktioniert durch Induzieren eines Stromflusses durch die Oxidation von Lithium an der Anode und die Reduktion von Sauerstoff an der Kathode.

Ihre Vorteile

(I) Einblicke und Validierungen zu den folgenden Themen:

Kapitel 1: Lithium-Luft-Batterie

Kapitel 2: Elektrode

Kapitel 3: Lithium-Ionen Batterie

Kapitel 4: Zink-Luft-Batterie

Kapitel 5: Nanobatterien

Kapitel 6: Lithium-Ionen-Kondensator

Kapitel 7: Lithium-Schwefel-Batterie

Kapitel 8: Dünnschicht-Lithium-Ionen-Batterie

Kapitel 9: Festkörperbatterie

Kapitel 10: Nanoarchitekturen für Lithium-Ionen Batterien

Kapitel 11: Elektrochemische Metall-Luft-Zelle

Kapitel 12: Kalium-Ionen-Batterie

Kapitel 13: Separator (Elektrizität)

Kapitel 14: Natrium-Ionen-Batterie

Kapitel 15: Peter Bruce

Kapitel 16: Aluminium-Ionen-Batterie

Kapitel 17: Forschung an Lithium-Ionen-Batterien

Kapitel 18: Magnesiumbatterie

Kapitel 19: Glasbatterie

Kapitel 20: C Alkalibatterie

Kapitel 21: Geschichte der Lithium-Ionen-Batterie

(II) Beantwortung der häufigsten öffentlichen Fragen zur Lithium-Luft-Batterie.

(III) Real weltweite Beispiele für die Verwendung von Lithium-Luft-Batterien in vielen Bereichen.

(IV) 17 Anhänge, um kurz 266 neue Technologien in jeder Branche zu erläutern, um ein umfassendes 360-Grad-Verständnis der Lithium-Luft-Batterie-Technologien zu erhalten.

An wen richtet sich dieses Buch?

Profis, Studenten und Doktoranden, Enthusiasten, Bastler und diejenigen, die über grundlegendes Wissen oder Informationen hinausgehen möchten Art Lithium-Luft-Batterie.

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: Eine Milliarde Sachkundig [German]
• Erscheinungsdatum: 16. Okt. 2022

Buchvorschau

Urheberrecht

Lithium-Luft-Batterie Copyright © 2022 von Fouad Sabry. Alle Rechte vorbehalten.

Alle Rechte vorbehalten. Kein Teil dieses Buches darf in irgendeiner Form oder mit elektronischen oder mechanischen Mitteln, einschließlich Informationsspeicher- und -abrufsystemen, ohne schriftliche Genehmigung des Autors reproduziert werden. Die einzige Ausnahme ist ein Rezensent, der kurze Auszüge in einer Rezension zitieren kann.

Cover entworfen von Fouad Sabry.

Dieses Buch ist ein Werk der Fiktion. Namen, Charaktere, Orte und Ereignisse sind entweder Produkte der Phantasie des Autors oder werden fiktiv verwendet. Jede Ähnlichkeit mit realen Personen, lebenden oder toten, Ereignissen oder Schauplätzen ist völlig zufällig.

Bonus

Sie können eine E-Mail an [e-mail] mit dem Betreff Lithium Air Battery: Paving the way for electric passenger planes senden und erhalten eine E-Mail mit den ersten Kapiteln dieses Buches.

Fouad Sabry

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www.1BKOfficial.org

Vorwort

Warum habe ich dieses Buch geschrieben?

Die Geschichte des Schreibens dieses Buches begann 1989, als ich Schüler der Secondary School of Advanced Students war.

Es ist bemerkenswert wie die STEM-Schulen (Wissenschaft, Technologie, Ingenieurwesen und Mathematik), die jetzt in vielen fortgeschrittenen Ländern verfügbar sind.

STEM ist ein Lehrplan, der auf der Idee basiert, Schüler in vier spezifischen Disziplinen - Wissenschaft, Technologie, Ingenieurwesen und Mathematik - in einem interdisziplinären und angewandten Ansatz auszubilden. Dieser Begriff wird typischerweise verwendet, um eine Bildungspolitik oder eine Lehrplanwahl in Schulen anzusprechen. Es hat Auswirkungen auf die Entwicklung der Arbeitskräfte, nationale Sicherheitsbedenken und die Einwanderungspolitik.

Es gab eine wöchentliche Klasse in der Bibliothek, in der jeder Schüler jedes Buch frei wählen und 1 Stunde lang lesen kann. Ziel des Kurses ist es, die Schüler zu ermutigen, andere Fächer als den Lehrplan zu lesen.

In der Bibliothek, während ich mir die Bücher in den Regalen ansah, bemerkte ich riesige Bücher, insgesamt 5.000 Seiten in 5 Teilen. Der Buchname ist The Encyclopedia of Technology, der alles um uns herum beschreibt, vomabsoluten Nullpunkt bis zu Halbleitern, fast jede Technologie wurde damals mit bunten Illustrationen und einfachen Worten erklärt. Ich fing an, die Enzyklopädie zu lesen, und natürlich konnte ich sie nicht in der 1-stündigen wöchentlichen Klasse beenden.

Also überzeugte ich meinen Vater, die Enzyklopädie zu kaufen. Mein Vater kaufte am Anfang meines Lebens alle technischen Werkzeuge für mich, den ersten Computer und die erste Technologie-Enzyklopädie, und beide haben einen großen Einfluss auf mich und meine Karriere.

Ich habe die gesamte Enzyklopädie in den Sommerferien dieses Jahres fertiggestellt, und dann begann ich zu sehen, wie das Universum funktioniert und wie man dieses Wissen auf alltägliche Probleme anwendet.

Meine Leidenschaft für die Technologie begann vor mehr als 30 Jahren und immer noch geht die Reise weiter.

Dieses Buch ist Teil von The Encyclopedia of Emerging Technologies, was mein Versuch ist, den Lesern die gleiche erstaunliche Erfahrung zu geben, die ich in der High School hatte, aber anstelle von Technologien des 20. Jahrhunderts  interessiere ich mich mehr für die aufkommenden Technologien, Anwendungen und Branchenlösungen des 21. Jahrhunderts.

The Encyclopedia of Emerging Technologies wird aus 365 Büchern bestehen, jedes Buch wird sich auf eine einzelne aufkommende Technologie konzentrieren. Sie können die Liste der neuen Technologien und ihre Kategorisierung nach Branchen im Teil von Coming Soon am Ende des Buches lesen.

365 Bücher, um den Lesern die Möglichkeit zu geben, ihr Wissen über eine einzige aufstrebende Technologie jeden Tag im Laufe eines Jahres zu erweitern.

Einleitung

Wie habe ich dieses Buch geschrieben?

In jedem Buch von The Encyclopedia of Emerging Technologies versuche ich, sofortige, rohe Sucheinblicke direkt aus den Köpfen der Menschen zu erhalten und ihre Fragen über die aufkommende Technologie zu beantworten.

Es gibt jeden Tag 3 Milliarden Google-Suchanfragen, von denen 20% noch nie zuvor gesehen wurden. Sie sind wie ein direkter Draht zu den Gedanken der Menschen.

Manchmal ist das Wie entferne ich Papierstaus. In anderen Fällen sind es die schmerzhaften Ängste und geheimen Sehnsüchte, die sie immer nur mit Google teilen würden.

In meinem Bestreben, eine unerschlossene Goldgrube an Inhaltsideen über Lithium-Luft-Batterie zu entdecken, benutze ich viele Tools, um Autocomplete-Daten von Suchmaschinen wie Google zu hören, und kurbele dann schnell jede nützliche Phrase und Frage heraus, die die Leute um das Stichwort Lithium-Luftbatterie stellen.

Es ist eine Goldgrube an Menscheneinblicken, die ich nutzen kann, um frische, äußerst nützliche Inhalte, Produkte und Dienstleistungen zu erstellen. Die freundlichen Menschen, wie Sie, wollen es wirklich.

Personensuchen sind der wichtigste Datensatz, der jemals über die menschliche Psyche gesammelt wurde. Daher ist dieses Buch ein Live-Produkt und wird ständig durch immer mehr Antworten auf neue Fragen zum Thema Lithium-Luft-Batterie aktualisiert, die von Menschen wie Ihnen und mir gestellt werden, die sich über diese neue aufkommende Technologie wundern und mehr darüber erfahren möchten.

Der Ansatz für das Schreiben dieses Buches besteht darin, ein tieferes Verständnis dafür zu erlangen, wie Menschen in Lithium-Luftbatterie suchen, Fragen und Fragen aufzudecken, die ich nicht unbedingt aus dem Kopf heraus denken würde, und diese Fragen in super einfachen und verdaulichen Worten zu beantworten und das Buch auf einfache Weise zu navigieren.

Wenn es darum geht, dieses Buch zu schreiben, habe ich darauf geachtet, dass es so optimiert und zielgerichtet wie möglich ist. Dieser Buchzweck ist es, den Menschen zu helfen, ihr Wissen über Lithium-Luft-Batterie weiter zu verstehen und zu erweitern. Ich versuche, die Fragen der Menschen so genau wie möglich zu beantworten und viel mehr zu zeigen.

Es ist eine fantastische und schöne Möglichkeit, Fragen und Probleme der Menschen zu erforschen und sie direkt zu beantworten und dem Inhalt des Buches Einsicht, Bestätigung und Kreativität hinzuzufügen - sogar Pitches und Vorschläge. Das Buch deckt reiche, weniger überfüllte und manchmal überraschende Forschungsbereiche auf, die ich sonst nicht erreichen würde. Es besteht kein Zweifel, dass erwartet wird, dass es das Wissen der potenziellen Leser erweitert, nachdem das Buch mit diesem Ansatz gelesen wurde.

Ich habe einen einzigartigen Ansatz angewendet, um den Inhalt dieses Buches immer frisch zu machen. Dieser Ansatz hängt davon ab, den Köpfen der Menschen zuzuhören, indem die Suchwerkzeuge verwendet werden. Dieser Ansatz hat mir geholfen:

Treffen Sie die Leser genau dort, wo sie sind, damit ich relevante Inhalte erstellen kann, die einen Nerv treffen und mehr Verständnis für das Thema schaffen.

Bleiben Sie am Puls der Zeit, damit ich Updates erhalten kann, wenn die Leute auf neue Weise über diese aufkommende Technologie sprechen, und Trends im Laufe der Zeit überwachen kann.

Entdecken Sie verborgene Schätze von Fragen, die Antworten auf die aufkommende Technologie benötigen, um unerwartete Einblicke und versteckte Nischen zu entdecken, die die Relevanz des Inhalts erhöhen und ihm einen entscheidenden Vorteil verschaffen.

Der Baustein für das Schreiben dieses Buches umfasst Folgendes:

(1) Ich habe aufgehört, die Zeit mit Bauchgefühl und Vermutungen über die von den Lesern gewünschten Inhalte zu verschwenden, den Buchinhalt mit dem gefüllt, was die Leute brauchen, und mich von den endlosen Inhaltsideen verabschiedet, die auf Spekulationen basieren.

(2) Ich habe solide Entscheidungen getroffen und bin weniger Risiken eingegangen, um in der ersten Reihe zu sehen, was die Leute lesen und wissen wollen - in Echtzeit - und Suchdaten zu verwenden, um mutige Entscheidungen darüber zu treffen, welche Themen aufgenommen und welche ausgeschlossen werden sollen.

(3) Ich habe meine Content-Produktion optimiert, um Content-Ideen zu identifizieren, ohne einzelne Meinungen manuell durchsuchen zu müssen, um Tage und sogar Wochen Zeit zu sparen.

Es ist wunderbar, den Menschen zu helfen, ihr Wissen auf einfache Weise zu erweitern, indem sie nur ihre Fragen beantworten.

Ich denke, der Ansatz, dieses Buch zu schreiben, ist einzigartig, da es die wichtigen Fragen sammelt und verfolgt, die von den Lesern in Suchmaschinen gestellt werden.

Bestätigungen

Ein Buch zu schreiben ist schwieriger als ich dachte und lohnender, als ich es mir jemals hätte vorstellen können. Nichts davon wäre ohne die Arbeit renommierter Forscher möglich gewesen, und ich möchte ihre Bemühungen würdigen, das Wissen der Öffentlichkeit über diese neue Technologie zu verbessern.

Widmung

Für die Erleuchteten, diejenigen, die die Dinge anders sehen und wollen, dass die Welt besser wird - sie mögen den Status quo oder den bestehenden Staat nicht. Du kannst ihnen zu sehr widersprechen, und du kannst noch mehr mit ihnen streiten, aber du kannst sie nicht ignorieren, und du darfst sie nicht unterschätzen, weil sie immer Dinge verändern ... Sie treiben die menschliche Rasse voran, und während einige sie als die Verrückten oder Amateure betrachten, sehen andere Genie und Innovatoren, weil diejenigen, die erleuchtet genug sind, um zu denken, dass sie die Welt verändern können, diejenigen sind, die es tun und die Menschen zur Aufklärung führen.

Epigraph

Die  Lithium-Luft-Batterie  ,  auch bekannt als Li-Luft-Batterie  , ist eine Art elektrochemische Metall-Luft-Zelle  oder Batteriechemie. Es funktioniert, indem es einen Stromfluss durch die Oxidation von Lithium an der Anode und die Reduktion von Sauerstoff an der Kathode induziert.

Inhaltsverzeichnis

Urheberrecht

Bonus

Vorwort

Einleitung

Bestätigungen

Widmung

Epigraph

Inhaltsverzeichnis

Kapitel 1: Lithium-Luft-Batterie

Kapitel 2: Elektrode

Kapitel 3: Lithium-Ionen-Akku

Kapitel 4: Zink-Luft-Batterie

Kapitel 5: Nanobatterien

Kapitel 6: Lithium-Ionen-Kondensator

Kapitel 7: Lithium-Schwefel-Batterie

Kapitel 8: Dünnschicht-Lithium-Ionen-Akku

Kapitel 9: Festkörperbatterie

Kapitel 10: Nanoarchitekturen für Lithium-Ionen-Batterien

Kapitel 11: Elektrochemische Metall-Luft-Zelle

Kapitel 12: Kalium-Ionen-Batterie

Kapitel 13: Porosität

Kapitel 14: Natrium-Ionen-Batterie

Kapitel 15: Peter Bruce

Kapitel 16: Aluminium-Ionen-Batterie

Kapitel 17: Forschung an Lithium-Ionen-Batterien

Kapitel 18: Magnesiumbatterie

Kapitel 19: Glasbatterie

Kapitel 20: Kalziumbatterie

Kapitel 21: Geschichte der Lithium-Ionen-Batterie

Epilog

Über den Autor

Demnächst

Anhänge: Neue Technologien in jeder Branche

Kapitel 1: Lithium-Luft-Batterie

Die Lithium-Luft-Batterie, auch bekannt als Li-Luft-Batterie, ist eine Art elektrochemische Metall-Luft-Zell- oder Batteriechemie. Es funktioniert, indem es einen Stromfluss durch die Oxidation von Lithium an der Anode und die Reduktion von Sauerstoff an der Kathode induziert.

Theoretisch können elektrochemische Zellen, die die maximal mögliche spezifische Energie haben, durch die Kombination von Elementen wie Lithium mit Luftsauerstoff hergestellt werden.

Tatsächlich beträgt die theoretische spezifische Energie einer Lithium-Luft-Batterie, die kein Wasser enthält, im geladenen Zustand mit Li2O2-Produkt und ohne die Sauerstoffmasse ~ 40,1 MJ / kg.

Im Vergleich zur theoretischen spezifischen Energie von Benzin ist dies fast gleichwertig.

~46,8 MJ/kg.

In der Praxis wurden auf Zellebene Lithium-Luft-Batterien mit einer spezifischen Energie von etwa 6,12 MJ/kg gezeigt.

Dies ist etwa 5-mal größer als das einer Lithium-Ionen-Batterie, die in kommerziellen Produkten verwendet wird.

, was ausreicht, um ein Elektroauto mit einem Gewicht von 2.000 kg für etwa 500 Kilometer (310 Meilen) mit einer einzigen Ladung mit nur 60 kg Batterien anzutreiben.

Bevor Lithium-Luft-Batterien jedoch einen Platz auf dem Markt finden, sind erhebliche Verbesserungen sowohl in ihrer theoretischen Leistung als auch in ihren Lebenszyklen erforderlich.

Bedeutende Durchbrüche in der Elektrolyttechnologie sind erforderlich, bevor eine kommerzielle Anwendung entwickelt werden kann.

Li-Luft-Batterien, die in den 1970er Jahren ursprünglich als potenzielle Energiequelle für batterieelektrische Autos und Hybrid-Elektrofahrzeuge vorgestellt wurden, eroberten gegen Ende des ersten Jahrzehnts der 2000er Jahre aufgrund von Fortschritten in der Materialwissenschaft die Aufmerksamkeit der wissenschaftlichen Gemeinschaft zurück.

Auch wenn das Konzept einer Lithium-Luft-Batterie schon vor 1996 im Umlauf war, wandern Lithium-Ionen in den meisten Fällen durch den Elektrolyten von der Anode zur Kathode und wieder zurück.

Unter Entladung, Wenn elektrische Arbeit geleistet werden muss, gehen Elektronen über den externen Stromkreis, während Lithiumionen ihren Weg zur Kathode finden.

Während die Lithiummetallplatten geladen werden, werden sie auf die Anode gelegt.

Freisetzung von O2 an der Kathode.

Um zu verhindern, dass das Li-Metall mit dem Wasser wechselwirkt, muss die negative Elektrode der wässrigen Batterie mit einer Schutzschicht versehen sein.

Das Element Lithium wird häufig für die Anode verwendet. Das elektrochemische Potential an der Anode zwingt das Lithiummetall, Elektronen durch den Prozess der Oxidation zu oxidieren und freizusetzen (ohne den kathodischen Sauerstoff einzubeziehen). Das Folgende ist die Halbreaktion:

Li ⇌ Li+ + e−

Im Vergleich zu anderen Materialien, die in Metall-Luft-Batterien verwendet werden, hat Lithium eine hohe spezifische Kapazität (3840 mAh / g), während Zink und Aluminium nur 820 bzw. 2965 mAh / g haben. Diese Zellen sind anfällig für eine Reihe von Problemen. Die Anode daran zu hindern, mit dem Elektrolyten zu interagieren, ist das Haupthindernis, das bei der Entwicklung einer Anode überwunden werden muss. Es gibt weitere Möglichkeiten, wie die Entwicklung neuartiger Materialien für den Elektrolyten oder das Überdenken des Kontakts zwischen Elektrolyt und Anode. Dendritische Lithiumablagerungen können sich auf Lithiumanoden bilden, die ihre Fähigkeit zur Energiespeicherung verringern oder sogar einen Kurzschluss verursachen können. Es gibt immer noch Unklarheiten sowohl über den Einfluss der Porengröße als auch über die Verteilung der Porengröße.

Mehrere verschiedene Strategien werden verwendet, um diese Probleme zu lösen:

Verwendung von Di- und Triblock-Copolymer-Elektrolyten bei der Herstellung einer Li-Ionen-Schutzschicht. Diese Arten von Elektrolyten (z. B. Polystyrol mit der hohen Li-Ionen-Leitfähigkeit eines weichen Polymersegments, wie ein Polyethylenoxid (PEO) und Li-Salz-Gemisch) kombinieren die mechanische Stabilität eines Hartpolymersegments mit der hohen Ionenleitfähigkeit einer Mischung aus weichem Polymer und Lithiumsalz. Dendriten-Shorts werden durch die mechanische Blockierung des Schwierigkeitsgrades verhindert.

Die Leitfähigkeit von Lithiumionen durch Glas oder Glaskeramikmaterialien kann (in den meisten Fällen) leicht durch Lithiummetall gesenkt werden.

und daher kann ein dünner Film aus einer Substanz, die Lithium übertragen kann, wie Li3P oder Li3N, in den Raum zwischen der Keramik und dem Metall gelegt werden.

Dieses keramische SEI verhindert die Bildung von Dendriten und schützt Lithiummetall vor den Auswirkungen der Luftverschmutzung.

An der Kathode überträgt der Ladevorgang Elektronen durch eine Reduktion vom Sauerstoff zum Lithium. Es wurde gezeigt, dass mesoporöser Kohlenstoff in Kombination mit Metallkatalysatoren als Kathodensubstrat fungieren kann.

Die meisten Einschränkungen der Li-Luft-Batterie befinden sich in der Nähe der Kathode, wo auch ihre potenziellen Vorteile entstehen. An der Kathode muss etwas Luftsauerstoff vorhanden sein, aber