La alúmina es la materia prima para productos de aluminio y un material auxiliar para industrias como la química y la maquinaria. Desde hace mucho tiempo, ha desempeñado un papel importante en la economía nacional. Nuevas industrias, como las telecomunicaciones, las nuevas energías y los semiconductores, están creciendo rápidamente. Esto incrementa la demanda de materiales de alto rendimiento. Los productos de alúmina de alta gama están ganando terreno, especialmente en el mercado de las nuevas energías, que mueve un billón de dólares. La alúmina se ha convertido en un material fundamental en este sector.
El nuevo mercado energético
Para abordar la crisis energética mundial y la contaminación ambiental, los países han implementado políticas para promover la transformación energética baja en carbono. Estas políticas buscan apoyar el desarrollo sostenible de la nueva industria energética.
En el sector de vehículos de nueva energía, la producción y las ventas en China han experimentado un crecimiento constante desde 2021. El crecimiento anual ha superado los 301 TP3T por cuatro años consecutivos. En 2024, la producción y las ventas de vehículos de nueva energía superaron los 10 millones de unidades por primera vez, alcanzando los 12,888 y 12,866 millones de unidades. Esto representa un aumento interanual de 34,41 TP3T y 35,51 TP3T. Los vehículos de nueva energía representan ahora el 40,91 TP3T de las ventas totales, un aumento de 9,3 puntos porcentuales con respecto a 2023. Algunas instituciones prevén que el mercado chino de vehículos de nueva energía alcanzará los 2,31 billones de yuanes para 2025.
Sector de baterías
Según los datos publicados por el Ministerio de Industria y Tecnología de la Información, en 2024, la producción total de baterías de litio de China alcanzó los 1.170 GWh, un aumento interanual de 24%, y el valor de producción total de la industria superó los 1,2 billones de yuanes.
Aplicación de la alúmina en la industria de las nuevas energías
Materiales del cátodo
En los materiales de cátodo de baterías de iones de litio, el recubrimiento superficial de Al₂O₃ puede mejorar eficazmente la retención de capacidad, el rendimiento a largo plazo y la estabilidad térmica de los materiales del cátodo. Los efectos positivos de los recubrimientos superficiales de Al₂O₃ en el rendimiento del material del cátodo incluyen:
Actúa como eliminador de fluoruro, eliminando HF de la solución electrolítica y suprimiendo la disolución de metales de transición en el material del cátodo.
Formación de una barrera protectora física en la superficie del cátodo para evitar reacciones secundarias innecesarias entre el material del cátodo y el electrolito no acuoso.
Formación de aluminuro de litio en la superficie del cátodo para mejorar la tasa de difusión de iones de litio y reducir la resistencia a la transferencia de carga.
Reduciendo las reacciones exotérmicas, mejorando así la estabilidad térmica del material del cátodo.
Reacciona con LiPF₆ para generar el aditivo electrolítico LiPO₂F₂, que mejora el rendimiento y la vida útil del ciclo de la batería.
Suprime el efecto Jahn-Teller, mejorando así la estabilidad cíclica del electrodo.
Recubrimiento separador
El separador Es el componente técnicamente más complejo en los materiales de las baterías de iones de litio. Su relación calidad-precio es solo superada por la de los materiales catódicos, representando aproximadamente entre 101TP₃T y 141TP₃T. En algunas baterías de alta gama, el coste del separador puede llegar a alcanzar los 201TP₃T.
Las investigaciones demuestran que recubrir la superficie del separador en una o ambas caras mejora la estabilidad a altas temperaturas. Además, reduce riesgos de seguridad como el contacto de los electrodos, la combustión y las explosiones causadas por la contracción térmica del separador. Esto mejora significativamente la estabilidad y la vida útil del separador.
La alúmina de alta pureza es un material de recubrimiento inorgánico ideal. Ofrece excelente estabilidad térmica e inercia química, lo que la hace ideal para recubrimientos cerámicos en separadores de baterías.
Materiales del ánodo
La alúmina no solo se puede recubrir en separadores, sino también en la superficie de los ánodos. Estudios de Hou Min y Zhang Yanjiang han demostrado que el recubrimiento de alúmina en la superficie del ánodo mejoró la estabilidad de la interfaz anódica, redujo la pérdida de litio activo y mejoró la capacidad de retención de carga y el rendimiento cíclico de las baterías de iones de litio. Durante pruebas de perforación, el recubrimiento de la superficie del ánodo logró reducir la gravedad del cortocircuito entre el ánodo y el cátodo.
electrolitos
El rendimiento de las baterías de iones de litio se ve afectado en gran medida por las propiedades del electrolito. Se utilizan diferentes sistemas de electrolitos para las distintas funciones de las baterías. Diversos estudios han demostrado que añadir una cierta cantidad de polvo de alúmina al electrolito puede mejorar eficazmente su conductividad, reducir la resistencia a la transferencia de carga y optimizar el rendimiento electroquímico de las baterías de iones de litio.
Electrolitos de baterías de estado sólido
La nanoalúmina de alta pureza añadida a electrolitos de estado sólido de polímeros, como el óxido de polietileno (PEO), puede mejorar la conductividad y la estabilidad del polímero, reducir su cristalinidad y aumentar la movilidad de la cadena. Al añadirse a electrolitos de estado sólido de óxidos, como los electrolitos sólidos de tipo granate Li₇La₃Zr₂O₁₂ (LLZO), puede mejorar la conductividad y la retención de capacidad del electrolito.
Conclusión
Más allá de las aplicaciones mencionadas, el uso de la alúmina en la industria de las nuevas energías es amplio. Por ejemplo, se utiliza en componentes cerámicos como relés, fusibles y juntas tóricas en vehículos de nuevas energías. En esta industria, ante los desafíos de la gestión térmica, la alúmina desempeña un papel fundamental no solo como sustrato de disipación de calor, sino también como relleno termoconductor, a menudo utilizado en pastas, geles y otros materiales de refrigeración termoconductores. En conclusión, los materiales de alúmina tienen un amplio potencial de aplicación en los mercados de las nuevas energías y los semiconductores, que mueven billones de dólares.
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