El papel del óxido de bismuto en las baterías
1. Materiales cerámicos en polvo para electrónica
El campo de la cerámica electrónica es un mercado maduro y dinámico para la aplicación del óxido de bismuto. Como aditivo importante en materiales cerámicos en polvo electrónicos, el óxido de bismuto generalmente requiere una pureza superior al 99,5%. Los principales objetos de aplicación son varistores de óxido de zinc, condensadores cerámicos y materiales magnéticos de ferrita. En el desarrollo de la cerámica electrónica, Estados Unidos lidera el mundo, mientras que Japón representa el 60% del mercado cerámico mundial con su producción a gran escala y tecnología avanzada. La capacidad de mercado de la cerámica electrónica de China está creciendo a una tasa anual del 30%, lo que inevitablemente impulsará que la demanda de óxido de bismuto crezca al mismo ritmo. Con la investigación y el desarrollo del óxido de nanobismuto y la innovación y mejora de la tecnología de fabricación homogeneizada, se promoverá en gran medida la mejora del rendimiento de los componentes electrónicos relacionados con la cerámica y la reducción de los costos de producción.
El óxido de bismuto es el principal contribuyente a las características de alto voltamperaje no lineal del varistor de óxido de zinc y funciona principalmente como un agente de sinterización auxiliar líquido y un agente formador de efecto sensible a la presión. Investigadores brasileños prepararon polvo mixto de ZnO2 Bi2O3 mediante el método de combustión, logrando el propósito de homogeneización y mostrando un buen desempeño en la aplicación de varistor. Investigadores de la Universidad Central South prepararon óxido de nanobismuto con un tamaño de partícula promedio de 10 nm. Se están estudiando su mecanismo de aplicación en varistores de óxido de zinc, su contribución a la tecnología de fabricación homogeneizada y la mejora del rendimiento de los varistores. El óxido de bismuto puede aumentar eficazmente la constante dieléctrica de los condensadores cerámicos, reducir la pérdida dieléctrica y mejorar las condiciones de sinterización. Por ejemplo, en las cerámicas de titanato de estroncio, la adición de Bi2O3 es una condición clave para la formación de las fases SrTiO3 y TiO2. Después de la activación mecánica, se añade SrBiTi4O15 a BiO2 para obtener partículas de 50-100 nm, que son estables a temperatura ambiente. Después de la sinterización, la densidad alcanza el 98%, la constante dieléctrica es 2770 y la pérdida dieléctrica es 0,08. Los materiales magnéticos de ferrita dopados con óxido de bismuto tienen buenas propiedades magnéticas y de sinterización. Por ejemplo, si se añade óxido de bismuto a ferrita de NiZnCu, se puede sinterizar a 850°C hasta que la permeabilidad magnética inicial sea superior a 250, a 10.
2. Material electrolítico
δδbi2o 3 es un material especial con estructura de fluorita cúbica, en la que 1/4 de las posiciones de los iones de oxígeno están vacantes, por lo que tiene un contenido de oxígeno muy alto. Conductividad iónica La conductividad es de aproximadamente 0,1 s/cm cerca del punto de fusión, ocupando el primer lugar entre todos los conductores actuales de iones de oxígeno puro. Es un material electrolítico potencial para pilas de combustible de óxido sólido o sensores de oxígeno y es superior a los sistemas de circonio existentes. Por ejemplo, la conductividad de YSZ es 1-2 órdenes de magnitud mayor a la misma temperatura. Si puede reemplazar al YSZ en las celdas de combustible sólido, será de gran importancia para mejorar la eficiencia y la vida útil de la batería, ahorrar materiales y simplificar la fabricación de la batería.
3. Materiales optoelectrónicos
El vidrio a base de óxido de bismuto tiene excelentes propiedades ópticas, como alto índice de refracción, transmisión infrarroja y óptica no lineal, por lo que es ampliamente utilizado en dispositivos optoelectrónicos y ópticos. Transmisión de fibra. La aplicación del material es muy llamativa. Entre estos materiales, el óxido de bismuto se utiliza en grandes cantidades como aditivo y es una de las direcciones de aplicación importantes del óxido de bismuto. El vidrio Bi2O3-B2O3-Si2O3 tiene una reacción ultrarrápida de menos de 150 fs. Puede ser ampliamente utilizado en conmutación óptica y amplificación de banda ancha. El vidrio a base de bismuto con cesio añadido, como 63,3 bi2o 3-32,6 B2 O3-41s i2o 3-0,24 CEO 2, tiene un mejor rendimiento. Su contenido de óxido de bismuto llega al 63,3%, lo que representa el 92% del peso del vidrio. vaso. Investigadores de la Universidad Nacional de Taiwán mezclaron partículas de dióxido de titanio y óxido de bismuto (tamaño de partícula de aproximadamente 10 nm). El material obtenido por el método sol-gel tiene buena dispersión de la luz y estabilidad térmica, y el índice de refracción puede alcanzar 1,614-1,694. El vidrio de óxido de PbBiGa tiene un excelente rendimiento de transmisión y propiedades ópticas no lineales en la región del infrarrojo lejano, y es un dispositivo optoelectrónico y material de transmisión de fibra óptica ideal en la región del infrarrojo. El silicato de bismuto y el germanato de bismuto son muy buenos materiales fotorrefractivos. El germanato de bismuto tiene una excelente piezoelectricidad y fotoconductividad y se usa ampliamente en el almacenamiento holográfico de la lengua, la conjugación de fases, el intercambio bidimensional, la interferometría en tiempo real y otros materiales. Los cristales de borato de bismuto tienen coeficientes ópticos no lineales considerables y umbrales de daño óptico elevados, comparables a los LBO de alta calidad óptica. El cristal tiene un amplio rango de transmisión de luz en la dirección correspondiente y es completamente no delicuescente. Es un material nuevo con un gran potencial de aplicación.
4. Materiales superconductores de alta temperatura
El contenido de óxido de bismuto en el polvo de material superconductor a base de bismuto es cercano al 30% y la pureza es del 99,99%.
Con el gran avance en la tecnología de preparación de materiales superconductores de alta temperatura Bi-Sr-Ca-Cu-O, los alambres superconductores de alta temperatura han formado rápidamente capacidades de producción industrial, promoviendo en gran medida la aplicación de óxido de bismuto. Actualmente, hay tres empresas principales en el mundo que proporcionan suministro comercial de tiras BSSCCO2233, incluidas American Superconductor Corporation, Sumitomo Electric Company de Japón y Nordic Superconducting Technologies de Dinamarca. La investigación actual se centra en mejorar la densidad de corriente crítica, las propiedades mecánicas, las pérdidas de CA y el costo.
American Superconductor ostenta el récord mundial de densidad de corriente crítica en el Laboratorio de conductores cortos de BSSCCO, con una capacidad de producción de 10.000 km/a. El rendimiento de la tira proporcionado es: corriente de ingeniería superior a 115 A (77 K), ingeniería. Densidad de corriente superior a 13500 a/cm2. Sumitomo Electric Company de Japón es la primera empresa del mundo en desarrollar conductores BSSCCO. La capacidad de producción de la Nordic Superconducting Technology Company de Dinamarca es de 350 km/a, y el rendimiento de la tira proporcionado es: la corriente de ingeniería es superior a 60 A y la densidad de corriente de ingeniería es de 6000 A/cm2. Actualmente está estableciendo una alianza con una empresa de vacío alemana para promover la densidad de corriente crítica de ingeniería de las tiras a 25.000 A/cm2. Desde 1988, mi país ha estado realizando investigaciones sobre materiales superconductores de alta temperatura a base de bismuto y actualmente se dedica a cintas superconductoras a base de BSSCCO. Beijing Naying Electrical Conductor Technology Co., Ltd. tiene una capacidad de diseño y producción de 200 km/a. Ahora ha producido materiales a base de bismuto con una longitud de cable único que supera los 1.000 m, una corriente de paso de un solo cable de 43 A y una corriente de ingeniería. Densidad superior a 6.000 A/cm2.
5. Catalizador
Hay tres categorías principales de aplicaciones del óxido de bismuto en catalizadores: una es el catalizador de molibdeno-bismuto, como el óxido mixto de bismuto-molibdeno-titanio preparado mediante sol- Método de gel. La superficie específica es de 32-67 m2/g. Es un material catalítico bueno y económico para reacciones de oxidación. En aplicaciones industriales, se puede utilizar como catalizador para la oxidación de propileno a acroleína. acrilonitrilo y la oxidación de butadieno a furano. El segundo es el catalizador de itrio-bismuto, un material de óxido de bismuto dopado con óxido de itrio, que es un catalizador muy atractivo para la reacción de acoplamiento oxidativo del metano para producir etano y etileno. Por ejemplo, BY25, óxido de bismuto dopado con 25% de óxido de itrio, el mejor catalizador actual para la reacción de acoplamiento oxidativo de metano (como LiMgO) tiene una eficiencia de 15 veces y se puede reciclar 18 veces; la tercera categoría es el catalizador de velocidad de combustión; y el óxido de bismuto reemplaza gradualmente al óxido de plomo y se convierte en un catalizador importante en los propulsores sólidos. Debido a que el óxido de plomo es tóxico y daña directa o indirectamente a los trabajadores y al medio ambiente, y debido a que el humo que produce en el escape del motor no es propicio para la orientación, el óxido de bismuto es un material ecológicamente seguro con baja toxicidad y baja emisión de humo. ha tenido éxito. Se utiliza óxido de bismuto en lugar de óxido de plomo como catalizador de velocidad de combustión. Actualmente se está estudiando el papel del óxido de nanobismuto en el aumento de la velocidad de combustión del propulsor y la reducción del índice de presión.
Como material en polvo avanzado, el óxido de bismuto se utiliza en materiales cerámicos en polvo electrónicos, materiales electrolíticos, materiales optoelectrónicos, materiales superconductores de alta temperatura y catalizadores, y también se utiliza en materiales absorbentes de desechos nucleares y sombras de tubos de imagen. Las máscaras, los fuegos artificiales no tóxicos y otros aspectos también tienen buenas perspectivas de aplicación. Con la profundización de la investigación sobre la aplicación del óxido de bismuto y la mejora de la conciencia ambiental de la gente, la aplicación del óxido de bismuto se ampliará.