Przygotowanie materiału kompozytowego krzemowo-węglowego na materiał anody baterii jonowej

Przygotowanie kompozytu krzemowo-węglowego na materiał anody akumulatorów jonowych

Akumulatory litowo-jonowe (LIB) są coraz częściej stosowane w urządzeniach magazynujących o dużej pojemności, takich jak pojazdy elektryczne i urządzenia magazynujące energię (ESS) oraz urządzeniach mobilnych ze względu na ich stabilną żywotność i wysoką wydajność.

Aby zwiększyć gęstość energii LIB (Wh = kg), można zastosować następujące strategie: 1) zmodyfikować dane elektrody 2) ulepszyć technologię powlekania 3) poprawić wypełnienie danych anodą i katodą, 4) zwiększyć absorpcję litu szybkość katody. Jednak metody 2-4 są zasadniczo ograniczone do optymalizacji wewnętrznej przestrzeni i planowania, dlatego trwają badania nad składem nowych materiałów elektrod.

Obecnie najbardziej reprezentatywnym źródłem katod używanych w LIBS jest grafit. Ze względu na jednoosiową orientację warstwy grafenowej wykazuje ona wysoce odwracalne zachowanie rozładowania i dlatego ma długi cykl życia.

Ponadto, gdy grafit jest całkowicie naładowany, to znaczy, gdy jony litu są obecne między warstwami, potencjał elektrody wynosi 0 V vs Li = Li +. Wskazuje to, że grafit może wykazywać potencjał podobny do potencjału czystego metalu litowego. Dlatego większą energię można uzyskać, montując baterię z grafitową katodą i anodą na bazie tlenku.

Biorąc jednak pod uwagę zapotrzebowanie na akumulatory o dużej pojemności w tym czasie, niska teoretyczna pojemność grafitu (372 mAh = g, 837 mAh = cm3) jest kluczową przeszkodą w ciągłym stosowaniu grafitu jako materiału anodowego. Dlatego w celu opracowania wysokowydajnych, wysokowydajnych litowych akumulatorów wtórnych ważne jest opracowanie materiałów anodowych niewęglowych.

Spośród tych materiałów niewęglowych, Si jest najbardziej odpowiedni, ponieważ ma wysoką pojemność rozładowania 4200 mAh = gi potencjał odpowiedzi litu 0,4 V (vsLi = Li +). Jednak Si napotkał kluczowy problem, to znaczy, że objętość zmienia się poważnie podczas procesu ładowania i rozładowania, co powoduje słabą odwracalność i wrażliwy spadek pojemności.

Zaproponowano wiele podejść w celu zmniejszenia rozszerzania objętości, takich jak reakcja nanocząstek na metal na lit, skład heterogenicznych stopów reagujących z litem i aktywny = nieaktywne kompleksy metali i stop litu = skład węgla. 11-15)

Podczas tych warsztatów próbujemy poradzić sobie z problemem rozszerzalności masowej krzemu poprzez skomponowanie danych kompozytowych krzem-sadza (Si-CB). Struktura CB jest tworzona przez agregację cząstek pierwotnych w różnych kierunkach, tworząc sieć różnych kierunków i przestrzeni utworzonych w agregacie CB z powodu losowego wzrostu. 16–19)

Dlatego w przypadku zwiększania wolumenu przestrzenie te będą wykorzystywane jako bufor do przechowywania krzemu