L'allumina è la materia prima per i prodotti in alluminio e un materiale ausiliario per settori come quello chimico e quello meccanico. Svolge da tempo un ruolo importante nell'economia nazionale. Nuove industrie, come le telecomunicazioni, le nuove energie e i semiconduttori, sono in rapida crescita. Ciò aumenta la domanda di materiali ad alte prestazioni. I prodotti in allumina di fascia alta stanno guadagnando terreno, soprattutto nel mercato delle nuove energie da migliaia di miliardi di dollari. L'allumina è diventata un materiale fondamentale in questo settore.
Il nuovo mercato energetico
Per affrontare la crisi energetica globale e l'inquinamento ambientale, i paesi hanno introdotto politiche volte a promuovere la trasformazione energetica a basse emissioni di carbonio. Queste politiche mirano a sostenere lo sviluppo sostenibile del nuovo settore energetico.
Nel settore dei veicoli a nuova energia, la produzione e le vendite in Cina sono in costante crescita dal 2021. La crescita annua ha superato i 301 TP3T per quattro anni consecutivi. Nel 2024, la produzione e le vendite di veicoli a nuova energia hanno superato per la prima volta i 10 milioni di unità, raggiungendo rispettivamente 12,888 e 12,866 milioni di unità. Ciò rappresenta un aumento annuo di 34,41 TP3T e 35,51 TP3T. I veicoli a nuova energia rappresentano ora 40,91 TP3T delle vendite totali, con un aumento di 9,3 punti percentuali rispetto al 2023. Alcuni istituti prevedono che il mercato cinese dei veicoli a nuova energia raggiungerà i 2,31 trilioni di yuan entro il 2025.
Settore delle batterie
Secondo i dati pubblicati dal Ministero dell'Industria e dell'Informazione Tecnologica, nel 2024 la produzione totale di batterie al litio in Cina ha raggiunto 1.170 GWh, con un aumento annuo di 24%, con un valore totale della produzione industriale superiore a 1,2 trilioni di yuan.
Applicazione dell'allumina nel nuovo settore energetico
Materiali catodici
Nei materiali catodici delle batterie agli ioni di litio, il rivestimento superficiale di Al₂O₃ può migliorare efficacemente il mantenimento della capacità, le prestazioni a lungo ciclo e la stabilità termica dei materiali catodici. Gli effetti positivi dei rivestimenti superficiali di Al₂O₃ sulle prestazioni dei materiali catodici possono includere:
Agendo come un sequestratore di fluoruri, rimuove l'HF dalla soluzione elettrolitica e inibisce la dissoluzione dei metalli di transizione nel materiale del catodo.
Formazione di una barriera protettiva fisica sulla superficie del catodo per impedire reazioni collaterali non necessarie tra il materiale del catodo e l'elettrolita non acquoso.
Formazione di alluminuro di litio sulla superficie del catodo per aumentare la velocità di diffusione degli ioni di litio e ridurre la resistenza al trasferimento di carica.
Riduzione delle reazioni esotermiche, migliorando così la stabilità termica del materiale del catodo.
Reagendo con LiPF₆ per generare l'additivo elettrolitico LiPO₂F₂, che migliora le prestazioni di ciclo e la durata della batteria.
Sopprime l'effetto Jahn-Teller, migliorando così la stabilità ciclica dell'elettrodo.
Rivestimento separatore
IL separatore È il componente tecnicamente più impegnativo tra i materiali per batterie agli ioni di litio. Il suo costo è secondo solo a quello dei materiali catodici, con un costo compreso tra 10% e 14%. In alcune batterie di fascia alta, il costo del separatore può arrivare fino a 20%.
La ricerca dimostra che il rivestimento della superficie del separatore su uno o entrambi i lati migliora la stabilità alle alte temperature. Riduce inoltre i rischi per la sicurezza, come il contatto con gli elettrodi, la combustione e le esplosioni causate dal restringimento termico del separatore. Ciò migliora significativamente la stabilità e la durata del separatore.
L'allumina ad alta purezza è un materiale di rivestimento inorganico ideale. Offre un'eccellente stabilità termica e inerzia chimica, rendendola perfetta per i rivestimenti ceramici sui separatori delle batterie.
Materiali anodici
L'allumina può essere rivestita non solo sui separatori, ma anche sulla superficie degli anodi. Studi condotti da Hou Min e Zhang Yanjiang hanno dimostrato che il rivestimento di allumina sulla superficie dell'anodo ha migliorato la stabilità dell'interfaccia anodica, ridotto la perdita di litio attivo e migliorato la capacità di ritenzione della carica e le prestazioni di ciclaggio delle batterie agli ioni di litio. Durante i test di perforazione, il rivestimento della superficie dell'anodo è stato in grado di ridurre la gravità del cortocircuito tra anodo e catodo.
Elettroliti
Le prestazioni delle batterie agli ioni di litio sono ampiamente influenzate dalle proprietà dell'elettrolita. Diversi sistemi elettrolitici vengono utilizzati per diverse funzioni delle batterie agli ioni di litio. La ricerca ha dimostrato che l'aggiunta di una certa quantità di polvere di allumina all'elettrolita può migliorare efficacemente la conduttività dell'elettrolita, ridurre la resistenza al trasferimento di carica e migliorare le prestazioni elettrochimiche delle batterie agli ioni di litio.
Elettroliti per batterie allo stato solido
L'aggiunta di nanoallumina ad alta purezza agli elettroliti polimerici allo stato solido, come il poli(ossido di etilene) (PEO), può migliorare la conduttività e la stabilità del polimero, ridurne la cristallinità e aumentarne la mobilità di catena. Aggiunta a elettroliti ossidi allo stato solido, come gli elettroliti solidi Li₇La₃Zr₂O₁₂ (LLZO) di tipo granato, può migliorarne la conduttività e il mantenimento della capacità.
Conclusione
Oltre alle applicazioni sopra menzionate, l'utilizzo dell'allumina nel settore delle nuove energie è tutt'altro che limitato. Ad esempio, viene utilizzata in componenti ceramici come relè, fusibili e anelli di tenuta nei veicoli a nuova energia. Nel settore delle nuove energie, che deve affrontare sfide nella gestione termica, l'allumina svolge un ruolo chiave non solo come substrato per la dissipazione del calore, ma anche come riempitivo termoconduttivo, spesso utilizzato in paste, gel e altri materiali di raffreddamento termoconduttivi. In conclusione, i materiali in allumina hanno un'ampia prospettiva applicativa nei mercati delle nuove energie e dei semiconduttori, che valgono migliaia di miliardi di dollari.
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