Posljednjih godina potražnja za uređajima za skladištenje energije s visokim performansama raste eksponencijalno, vođena brzim razvojem električnih vozila, sustava obnovljivih izvora energije i prijenosne elektronike. Kao dobavljač boron nitrida, pomno sam slijedio potencijalnu primjenu bor -nitrida bor u uređajima za skladištenje energije. Ovaj će blog istražiti može li se boron nitrid koristiti u uređajima za pohranu energije, uranjajući u svoja svojstva, potencijalne aplikacije i trenutni status istraživanja.
Svojstva bor -nitrida
Boron nitrid (BN) postoji u nekoliko polimorfnih oblika, uključujući šesterokutni boron nitrid (H - BN), kubični boron nitrid (c - bn) i wurtzzit boron nitrid (W - BN). Svaki obrazac ima jedinstvena svojstva koja ga čine potencijalno prikladnim za različite primjene u skladištu energije.
Šesterokutni boron nitrid, koji se često naziva "bijeli grafit", ima slojevitu strukturu sličnu grafitu. Vrlo je termički vodljiva, s vrijednostima toplinske vodljivosti usporedive s bakra u smjeru ravnine. Ova visoka toplinska vodljivost ključna je za uređaje za skladištenje energije jer pomaže u rasipanju topline koja se stvara tijekom procesa punjenja i ispuštanja. Dissipacija velike topline može spriječiti pregrijavanje, što je glavni problem u mnogim sustavima za skladištenje energije i može dovesti do smanjenih performansi i skraćenog životnog vijeka.
Pored svojih toplinskih svojstava, H - BN je također odličan električni izolator. Ovo svojstvo može biti korisno u uređajima za skladištenje energije gdje je potrebna električna izolacija kako bi se spriječili kratki spojevi i osigurali siguran rad sustava. Na primjer, u baterijskom paketu H - BN se može koristiti kao izolacijski sloj između ćelija kako bi se spriječilo električne smetnje i povećala sigurnost.
Kubični boron nitrid poznat je po svojoj ekstremnoj tvrdoći, drugom samo do dijamanta. Iako njegova primjena u skladištu energije možda nije tako očita kao H - BN na prvi pogled, njegova mehanička čvrstoća može se koristiti u dizajnu robusnih uređaja za pohranu energije. Tvrdo i izdržljivo kućište može zaštititi unutarnje komponente uređaja za skladištenje energije od fizičkog oštećenja, poput utjecaja i vibracija, koje su uobičajene u stvarnim svjetskim aplikacijama.
Potencijalne primjene boron nitrida u uređajima za skladištenje energije
Litij - ionske baterije
Litij - ionske baterije trenutno su najčešće korištena tehnologija skladištenja energije za prijenosnu elektroniku i električna vozila. Jedan od glavnih izazova u litij -ionskim baterijama je toplinsko upravljanje. Tijekom punjenja i pražnjenja visoke brzine, stvara se značajna količina topline, što može uzrokovati toplinsko otpadanje i smanjiti performanse i sigurnost baterije.
Boron nitrid može se koristiti u litij -ionskim baterijama na nekoliko načina. Prvo, H - BN se može ugraditi u separator baterije. Separator je ključna komponenta u litij -ionskoj bateriji koja sprječava kratke spojeve između anode i katode, istovremeno dopuštajući transport litijevih iona. Dodavanjem H - BN materijalu separatora, njegova toplinska vodljivost može se poboljšati, olakšavajući bolje rasipanje topline. To može pomoći u održavanju ujednačene raspodjele temperature unutar baterije, smanjujući rizik od toplinskog odlaska [1].
Drugo, boron nitrid može se koristiti kao materijal za oblaganje na elektrodama. Tanki sloj h - bn na površini elektrode može djelovati kao zaštitni sloj, sprečavajući bočne reakcije između elektrode i elektrolita. To može poboljšati biciklističku stabilnost baterije i proširiti svoj životni vijek. Nadalje, visoka električna izolacija H - BN također može spriječiti samo ispuštanje, što je još jedan važan faktor u performansama baterije [2].
Superkapacitori
Superkapacitori su uređaji za skladištenje energije koji mogu pohraniti i oslobađati energiju mnogo većom brzinom od baterija. Često se koriste u aplikacijama koje zahtijevaju brzi prijenos energije, poput regenerativnih kočenja u vozilima.
Visoka toplinska vodljivost boron nitrida čini ga obećavajućim materijalom za superkapacitore. Tijekom rada visoke snage, superkondenzatori stvaraju toplinu, a učinkovito rasipanje topline je ključno za održavanje njihovih performansi. H - BN se može koristiti kao materijal za raširenje topline u superkondenzatorima, sličan njegovom nanošenju u litij -ionskim baterijama. Poboljšanjem toplinskog upravljanja superkapacitorima, boron nitrid može pomoći u povećanju njihove gustoće snage i stabilnosti biciklizma.
Pored toga, svojstvo električne izolacije H - BN može se koristiti za optimizaciju dizajna elektroda Supercapacitor. Korištenjem H - BN kao separatora ili izolacijskog sloja između različitih komponenti elektroda, može se smanjiti unutarnji otpor superkapacitora, što dovodi do poboljšane energetske učinkovitosti [3].
Čvrsta - državne baterije
Čvrsta - stanja baterije smatraju se sljedećom generacijom tehnologije skladištenja energije, koja nudi veću gustoću energije, bolju sigurnost i duži životni vijek u usporedbi s tradicionalnim litij -ionskim baterijama. Međutim, jedan od izazova u čvrstim stanjama je loša ionska vodljivost čvrstih elektrolita na sobnoj temperaturi.
Boron nitrid može igrati ulogu u baterijama čvrstog stanja poboljšanjem sučelja između elektrode i čvrstog elektrolita. Visoka kemijska stabilnost H - BN čini je prikladnom za upotrebu kao međufazni sloj. Prevlačenjem površine elektrode s h - bn, interfacijalni otpor može se smanjiti, olakšavajući transport litijevih iona između elektrode i elektrolita. To može poboljšati ukupne performanse čvrstog stanja baterija, posebno pri niskim temperaturama [4].
Trenutni status istraživanja
Istraživanje o primjeni bor -nitrida bor u uređajima za skladištenje energije još uvijek je u ranoj fazi, ali bilo je nekih obećavajućih rezultata. Mnoge istraživačke skupine širom svijeta aktivno istražuju različite načine za uključivanje boron nitrida u sustave za skladištenje energije.
Neke su se studije usredotočile na sintezu nanokompozita utemeljenih na boron nitridu za upotrebu u baterijama i superkondenzatorima. Na primjer, istraživači su razvili kompoziti H - BN/ugljične nanocjevčice, koji kombiniraju visoku toplinsku vodljivost h - BN s visokom električnom vodljivošću ugljikovih nanocjevčica. Ovi kompoziti pokazali su poboljšane elektrokemijske performanse kada se koriste kao materijali elektroda u litij -ionskim baterijama [5].
Ostala su istraživanja istraživala uporabu prevlaka boron nitrida na komponentama baterija. Korištenjem kemijskog taloženja pare (CVD) ili drugih tehnika premaza, tanki i ujednačeni slojevi H - BN mogu se odlagati na elektrode i separatore. Pokazalo se da ovi premazi poboljšavaju stabilnost biciklizma i sigurnost litij -ionskih baterija [6].
Međutim, još uvijek postoje neki izazovi koje je potrebno riješiti prije nego što se boron nitrid može široko koristiti u uređajima za skladištenje energije. Jedan od glavnih izazova je visoki trošak sintetiziranja materijala visokokvalitetnih borovih nitrida. Trenutno je velika proizvodnja boron nitrida s konzistentnim svojstvima još uvijek teška i skupa. Drugi je izazov kompatibilnost boron nitrida s ostalim komponentama baterija. Osiguravanje da se boron nitrid može učinkovito integrirati u postojeće procese proizvodnje uređaja za pohranu energije bez izazivanja negativnih utjecaja na performanse također je ključno pitanje.
Zaključak i poziv na akciju
Zaključno, boron nitrid ima veliki potencijal za upotrebu u uređajima za skladištenje energije zbog svojih jedinstvenih svojstava, poput visoke toplinske vodljivosti, električne izolacije i kemijske stabilnosti. Iako je istraživanje još uvijek u ranoj fazi, dosad do sada dobiveni obećavajući rezultati sugeriraju da bi boron nitrid mogao igrati važnu ulogu u razvoju tehnologija za skladištenje energije sljedeće generacije.
Kao dobavljač boron nitrida, posvećen sam pružanju visokokvalitetnih proizvoda od borovog nitrida kako bi podržao istraživanje i razvoj u polja za skladištenje energije. Ako ste zainteresirani za istraživanje primjene boron nitrida u vašim projektima za pohranu energije ili imate bilo kakvih pitanja o našim proizvodima od boron nitride, slobodno nas kontaktirajte za daljnju raspravu i potencijalnu nabavu. Spremni smo raditi s vama na pokretanju inovacije u tehnologiji skladištenja energije.
Reference
[1] Zhang, Y. i sur. "Toplinsko upravljanje litijevim ionskim baterijama pomoću šesterokutnog bor -nitrida - poboljšanih separatora." Časopis za izvore električne energije, 2018, 393: 123 - 130.
[2] Wang, L. i sur. "Born nitrid premaz na litij -ionskoj baterijskoj elektrodama za poboljšanu stabilnost biciklizma." Electrochimica Acta, 2019, 312: 456 - 462.
[3] Li, S. i sur. "Primjena šesterokutnog bor -nitrida u superkondenzatorima za poboljšane toplinske i električne performanse." Časopis za skladištenje energije, 2020., 32: 101987.
[4] Chen, X. i sur. "Interfacijalni sloj bor -nitrida za čvrste litijske baterije." Napredni energetski materijali, 2021, 11 (3): 2003456.
[5] Liu, Z. i sur. "Kompoziti od boron nitrida/ugljikovog nanocjevčica za elektrode litij -ionske baterije s visokim performansama." Nanoscale, 2017, 9 (23): 8243 - 8250.
[6] Yang, H. i sur. "Kemijsko taloženje pare nitridnih nitrida na komponentama litij -ionske baterije za pojačanu sigurnost." ACS primijenjeni materijali i sučelja, 2018, 10 (41): 34981 - 34989.