Aluminium oksida (Al₂O₃) ialah salah satu bahan bukan organik yang paling biasa dan digunakan secara meluas. Ia adalah bahan mentah utama untuk pengeluaran aluminium. Pada masa yang sama, ia memainkan peranan penting dalam seramik termaju, bahan pelelas, dan sokongan pemangkin. Dengan sifat seperti rintangan suhu tinggi, rintangan kakisan, kekerasan dan penebat, aluminium oksida digunakan dalam tenaga baharu, aeroangkasa, perlindungan alam sekitar dan bidang perubatan. Sebagai bahan tambahan, ia bertindak seperti "nutrien," meningkatkan prestasi bahan lain. Ia dianggap sebagai bahan pengukuhan pelbagai fungsi. Artikel ini memperkenalkan aplikasinya dalam bateri, seramik dan polimer.
bertambah baik Bateri Litium-Ion Prestasi dan Keselamatan
Bateri litium-ion adalah penting untuk penyimpanan tenaga dan kenderaan elektrik. Prestasi mereka bergantung pada katod, anod, pemisah, dan elektrolit. Alumina, dengan kestabilan dan penebat yang sangat baik, digunakan dalam semua bahagian ini.
Bahan Katod
Aluminium oksida nipis salutan pada bahan katod meningkatkan pengekalan kapasiti, hayat berbasikal dan kestabilan terma.
Kesannya termasuk:
- Mengeluarkan HF daripada elektrolit, mengurangkan pelarutan logam.
- Mewujudkan halangan pelindung, mengehadkan tindak balas sampingan.
- Membentuk litium aluminat untuk meningkatkan penyebaran ion dan menurunkan rintangan pemindahan cas.
- Mengurangkan penjanaan haba, meningkatkan kestabilan haba.
- Bertindak balas dengan LiPF₆ untuk membentuk LiPO₂F₂, yang meningkatkan hayat berbasikal.
- Menekan kesan Jahn-Teller untuk menstabilkan elektrod.
Bahan Pemisah
Pemisah bersalut alumina menahan pengecutan pada suhu tinggi. Ini menghalang litar pintas dan pelarian haba. Lapisan seramik juga menguatkan pemisah secara mekanikal. Ia melaraskan keliangan, meningkatkan pengangkutan ion, dan meningkatkan keselamatan.
Bahan Anod
Menyalut anod dengan aluminium oksida meningkatkan kestabilan antara muka dan mengurangkan kehilangan litium. Dalam ujian penembusan jarum, sel bersalut seramik menunjukkan suhu puncak yang lebih rendah dan tiada letupan. Sebaliknya, sel tidak bersalut mencapai lebih 400°C dengan asap dan letupan.
Elektrolit dan Elektrolit Pepejal
Menambah serbuk alumina ke dalam elektrolit cecair meningkatkan kekonduksian dan mengurangkan rintangan. Ia meningkatkan prestasi cas-nyahcas dan hayat kitaran. Dalam elektrolit pepejal, alumina meningkatkan kestabilan antara muka dan keterbalikan litium-ion. Sebagai contoh, menambah alumina 5% ke dalam LLZO meningkatkan pengekalan kapasiti daripada 82.3% kepada 91.4% selepas 200 kitaran.
Mengukuhkan Bahan Seramik
Alumina sendiri adalah seramik berprestasi tinggi dengan kekerasan, rintangan haus, dan modulus tinggi. Lebih penting lagi, ia mengukuhkan seramik lain.
Zirkonia Teguh Alumina (ATZ)
Zirkonia tulen mengalami transformasi martensit, meningkatkan keliatan tetapi menyebabkan keretakan semasa penyejukan. Penstabil seperti yttria boleh membantu, tetapi kesannya terhad. Menambah alumina sebagai fasa kedua menyelesaikannya.
- Alumina serasi dengan zirkonia.
- Ia meningkatkan kekuatan, keliatan, dan sifat anti-penuaan.
- Komposit tahan haba, kakisan dan haus.
Akibatnya, seramik ATZ dikaji secara meluas untuk aplikasi struktur.
Sistem Seramik Lain
Alumina juga meningkatkan silikon karbida dan seramik lain. Malah dalam seramik alumina itu sendiri, menambah sejumlah kecil nano-Al₂O₃ mengurangkan suhu pensinteran dan meningkatkan keliatan.
Meningkatkan Komposit Polimer untuk Pelesapan Haba
Dalam kenderaan elektrik, storan tenaga dan elektronik 5G, pengurusan haba adalah penting. Ketumpatan kuasa tinggi membawa kepada suhu yang lebih tinggi. Terlalu panas mengurangkan prestasi dan keselamatan.
Polimer adalah ringan, kos rendah, dan mudah diproses. Ia digunakan secara meluas dalam antara muka terma dan bahan pembungkusan. Walau bagaimanapun, polimer adalah konduktor haba yang lemah. Kekonduksian terma mereka biasanya hanya 0.1–0.5 W/(m·K).
Untuk menyelesaikannya, pengisi kekonduksian haba yang tinggi diperkenalkan. Aluminium oksida adalah pengisi yang paling biasa. Ia murah, penebat elektrik, dan stabil secara kimia. Menambah zarah alumina dengan ketara meningkatkan kekonduksian terma polimer. Ini menjadikan komposit sesuai untuk pek bateri, stesen pangkalan 5G dan peranti elektronik.
Kesimpulan
Aluminium oksida ialah bahan penguat pelbagai fungsi. Dalam bateri litium-ion, ia meningkatkan kestabilan, hayat kitaran dan keselamatan. Dalam seramik, ia meningkatkan keliatan dan ketahanan. Dalam polimer, ia meningkatkan kekonduksian terma. Dengan kelebihan ini, alumina mempunyai nilai yang tidak boleh ditukar ganti dalam tenaga, elektronik dan bahan termaju. Aplikasinya akan terus berkembang, memacu inovasi dan peningkatan industri.