Υλικά ανόδου μπαταρίας λιθίου και το μέλλον
Η μπαταρία ιόντων λιθίου είναι μια επαναφορτιζόμενη δευτερεύουσα μπαταρία, η οποία αποτελείται κυρίως από πέντε κύρια μέρη: θετικό ηλεκτρόδιο, αρνητικό ηλεκτρόδιο, ηλεκτρολύτη, διαχωριστή και συλλέκτη ρεύματος.
Η κύρια λειτουργία των θετικών και αρνητικών υλικών ηλεκτροδίων είναι να κάνουν τα ιόντα λιθίου να εξάγονται/εισέρχονται πιο ελεύθερα, έτσι ώστε να πραγματοποιηθεί η λειτουργία φόρτισης και εκφόρτισης.
Κατά τη διαδικασία φόρτισης, τα ιόντα λιθίου εξάγονται από το υλικό του θετικού ηλεκτροδίου και εισάγονται στο αντίστοιχο υλικό αρνητικού ηλεκτροδίου μέσω του ηλεκτρολύτη. Ταυτόχρονα, τα ηλεκτρόνια ρέουν έξω από το θετικό ηλεκτρόδιο μέσω του εξωτερικού κυκλώματος και ρέουν προς το αρνητικό ηλεκτρόδιο.
Όταν αποφορτίζεται μια μπαταρία λιθίου, τα ιόντα λιθίου εξάγονται από το αρνητικό ηλεκτρόδιο και ενσωματώνονται εκ νέου στο υλικό του θετικού ηλεκτροδίου μέσω του ηλεκτρολύτη. Ταυτόχρονα, τα ηλεκτρόνια ρέουν από το αρνητικό ηλεκτρόδιο στο θετικό ηλεκτρόδιο μέσω του εξωτερικού κυκλώματος.
Ποιο είναι το υλικό ανόδου της μπαταρίας λιθίου;
Το υλικό του αρνητικού ηλεκτροδίου είναι ο φορέας ιόντων λιθίου και ηλεκτρονίων στη διαδικασία φόρτισης της μπαταρίας και παίζει το ρόλο της αποθήκευσης και της απελευθέρωσης ενέργειας. Είναι ένας από τους βασικούς παράγοντες που καθορίζουν την απόδοση των μπαταριών ιόντων λιθίου και διατηρεί τη ζωή της ασφάλειας των μπαταριών ισχύος.
Το ιδανικό υλικό αρνητικού ηλεκτροδίου πρέπει να έχει τουλάχιστον τις ακόλουθες 7 συνθήκες
1. Το χημικό δυναμικό είναι χαμηλό, σχηματίζοντας μια μεγάλη διαφορά δυναμικού με το υλικό του θετικού ηλεκτροδίου, δημιουργώντας έτσι μια μπαταρία υψηλής ισχύος.
2. Θα πρέπει να έχει μεγαλύτερη χωρητικότητα ειδικού κύκλου.
3. Το Li+ θα πρέπει να εισάγεται και να εξάγεται εύκολα στο υλικό του αρνητικού ηλεκτροδίου και να έχει υψηλή κουλομβική απόδοση, έτσι ώστε να υπάρχει σχετικά σταθερή τάση φόρτισης και εκφόρτισης κατά τη διαδικασία εξαγωγής Li+.
4. Καλή ηλεκτρονική αγωγιμότητα και αγωγιμότητα ιόντων.
5. Έχει καλή σταθερότητα και κάποιο βαθμό συμβατότητας με τους ηλεκτρολύτες.
7. Η πηγή των υλικών πρέπει να είναι πλούσια σε πόρους, χαμηλή τιμή, απλή στη διαδικασία κατασκευής. ασφαλές, πράσινο και χωρίς ρύπανση.
Υλικά ανόδου που πληρούν τις παραπάνω προϋποθέσεις βασικά δεν υπάρχουν επί του παρόντος, επομένως η έρευνα για νέα υλικά ανόδου με υψηλή ενεργειακή πυκνότητα, καλή απόδοση ασφάλειας, χαμηλή τιμή και εύκολα διαθέσιμα υλικά έχει γίνει μια επείγουσα εργασία, η οποία είναι επίσης ένα καυτό θέμα στο το πεδίο της έρευνας για τις μπαταρίες λιθίου σε αυτό το στάδιο.
Εξερεύνηση και μέλλον υλικών ανόδου για μπαταρίες λιθίου
Το σύνθετο υλικό γραφενίου/υδροφωσφορικού ζιρκονίου (ZrP) χρησιμοποιείται ως υλικό αρνητικού ηλεκτροδίου της μπαταρίας λιθίου, το οποίο μπορεί να υπερνικήσει την αγωγιμότητα των υλικών της μπαταρίας.
Τα προβλήματα των κακών ηλεκτρικών ιδιοτήτων και των σοβαρών επιπτώσεων επέκτασης όγκου έχουν τα χαρακτηριστικά της ισχυρής σταθερότητας του κύκλου και της ισχυρής ηλεκτρικής αγωγιμότητας.
1. Μηχανισμός αποθήκευσης λιθίου σύνθετων υλικών γραφενίου/ZrP
1. Συμπεριφορά αποθήκευσης λιθίου υλικών γραφενίου
Το γραφένιο έχει καλύτερα κανάλια μετάδοσης ηλεκτρονίων και ιόντων, κάτι που είναι ευεργετικό για την επιτάχυνση του ρυθμού φόρτισης και εκφόρτισης. Όταν το γραφένιο χρησιμοποιείται ως υλικό αρνητικού ηλεκτροδίου, ο τύπος της χημικής αντίδρασης είναι ο ακόλουθος:
Αν και το γραφένιο έχει υψηλό ρυθμό διάχυσης Li+ και έχει υψηλή χωρητικότητα κατά τη διάρκεια της πρώτης διαδικασίας φόρτισης και εκφόρτισης όταν χρησιμοποιείται ως υλικό αρνητικού ηλεκτροδίου για μπαταρίες λιθίου, η χωρητικότητα του γραφενίου θα αποσυντεθεί γρήγορα μετά από αρκετούς πλήρεις κύκλους φόρτισης και εκφόρτισης και δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο του. Υλικό ανόδου μπαταρίας λιθίου, αυτό συμβαίνει επειδή το υλικό γραφενίου θα αντιδράσει με τον ηλεκτρολύτη της μπαταρίας λιθίου κατά την πρώτη φόρτιση και εκφόρτιση και η επιφάνεια επαφής με τον ηλεκτρολύτη θα γίνει μεγαλύτερη κατά τη διάρκεια του ηλεκτρικού κύκλου, γεγονός που θα οδηγήσει στη συσσώρευση στρωμάτων, με αποτέλεσμα σε μη αναστρεψιμότητα και αστάθεια. Παθητικοποίηση της μεμβράνης SEI, ενώ το παρασκευασμένο γραφένιο είναι εύκολο να συσσωματωθεί και να συσσωρευτεί λόγω της ελασματοειδούς δομής, γεγονός που καθιστά την κουλομβική του απόδοση χαμηλή.
2. Συνεργική επίδραση σύνθετων υλικών γραφενίου/ZrP
Το σύνθετο όξινο φωσφορικό ζιρκονίου και γραφένιο όχι μόνο μπορεί να βελτιώσει την αγωγιμότητα της μπαταρίας και να βελτιώσει το αποτέλεσμα επέκτασης όγκου, αλλά έχει επίσης καλή χωρητικότητα αποθήκευσης λιθίου και μπορεί να αυξήσει την ειδική χωρητικότητα του σύνθετου υλικού. Σε σύγκριση με άλλα υλικά άνθρακα, το γραφένιο έχει τα πλεονεκτήματα της μεγάλης ειδικής επιφάνειας, της υψηλής μηχανικής αντοχής και της καλής ηλεκτρικής αγωγιμότητας. Έρευνα σε SnO 2, FeSb 2 και άλλα υλικά έχει δείξει ότι η εισαγωγή γραφενίου μπορεί να βελτιώσει αποτελεσματικά την ηλεκτροχημική του απόδοση.
2. Αρχή λειτουργίας σύνθετου γραφενίου/ZrP
Το σύνθετο υλικό γραφένιο/όξινο φωσφορικό ζιρκονίου παρασκευάζεται με διαλυτοθερμική μέθοδο, η οποία μπορεί να κάνει το παραγόμενο γραφένιο να προσκολληθεί στην επιφάνεια του όξινου φωσφορικού ζιρκονίου επί τόπου για να ληφθεί όξινο φωσφορικό ζιρκονίου και σύνθετο υλικό γραφενίου. Μετά την πύρωση, το γραφένιο μπορεί να βρίσκεται στο όξινο φωσφορικό ζιρκόνιο Κενές θέσεις οξυγόνου σχηματίζονται στο κρυσταλλικό πλέγμα, αυξάνοντας έτσι τον αριθμό των φορέων και τα ελαττώματα του πλέγματος και βελτιώνοντας την αγωγιμότητα. Η παρουσία γραφενίου επιτρέπει τον σχηματισμό ενός αγώγιμου δικτύου μεταξύ των νανοσωματιδίων όξινου φωσφορικού ζιρκονίου, το οποίο είναι ευεργετικό για τη βελτίωση της συνολικής αγωγιμότητας του υλικού. Ταυτόχρονα, το γραφένιο χρησιμοποιείται ως εύκαμπτο φιλμ για την επικάλυψη της επιφάνειας του όξινου φωσφορικού ζιρκονίου, το οποίο μπορεί να ρυθμίσει το φαινόμενο επέκτασης όγκου κατά τη διαδικασία φόρτισης και εκφόρτισης.
Τρίτον, οι πιθανές προοπτικές των σύνθετων υλικών γραφενίου/ZrP
1. Η μέθοδος προετοιμασίας έχει τα χαρακτηριστικά της απλής και εύκολης λειτουργίας, ισχυρής αναπαραγωγιμότητας, χαμηλού κόστους και μη ρύπανσης στο περιβάλλον.
2. Το σύνθετο υλικό όξινου φωσφορικού ζιρκονίου και γραφενίου που παρασκευάζεται με αυτή τη μέθοδο χρησιμοποιείται ως υλικό αρνητικού ηλεκτροδίου της μπαταρίας λιθίου, το οποίο μπορεί να ξεπεράσει τα προβλήματα της κακής αγωγιμότητας της μπαταρίας και το σοβαρό αποτέλεσμα επέκτασης όγκου και έχει τα χαρακτηριστικά της ισχυρής σταθερότητας κύκλου και ισχυρή αγωγιμότητα?
3. Επειδή το γραφένιο έχει υψηλή αγωγιμότητα και μεγάλη ειδική επιφάνεια, μπορεί να βελτιώσει αποτελεσματικά την αγωγιμότητα των σύνθετων υλικών μπαταριών και ταυτόχρονα, η επίστρωση του γραφενίου μπορεί να βελτιώσει αποτελεσματικά την επίδραση επέκτασης όγκου των σύνθετων υλικών μπαταρίας και να βελτιώσει την ηλεκτροχημική απόδοση από σύνθετα υλικά μπαταρίας.
