Ličio baterijų anodo medžiagos ir ateitis
Ličio jonų baterija yra įkraunama antrinė baterija, kurią daugiausia sudaro penkios pagrindinės dalys: teigiamas elektrodas, neigiamas elektrodas, elektrolitas, separatorius ir srovės kolektorius.
Pagrindinė teigiamų ir neigiamų elektrodų medžiagų funkcija yra padaryti ličio jonus laisviau ištraukiamus / įterptus, kad būtų galima įgyvendinti įkrovimo ir iškrovimo funkciją.
Įkrovimo proceso metu ličio jonai išgaunami iš teigiamo elektrodo medžiagos ir per elektrolitą įterpiami į atitinkamą neigiamą elektrodo medžiagą. Tuo pačiu metu elektronai išteka iš teigiamo elektrodo per išorinę grandinę ir teka į neigiamą elektrodą;
Kai ličio baterija išsikrauna, ličio jonai ištraukiami iš neigiamo elektrodo ir per elektrolitą vėl įterpiami į teigiamo elektrodo medžiagą. Tuo pačiu metu elektronai teka iš neigiamo elektrodo į teigiamą elektrodą per išorinę grandinę.
Kokia yra ličio baterijos anodo medžiaga?
Neigiama elektrodo medžiaga yra ličio jonų ir elektronų nešiklis akumuliatoriaus įkrovimo procese ir atlieka energijos kaupimo ir išleidimo vaidmenį. Tai vienas iš pagrindinių veiksnių, lemiančių ličio jonų baterijų veikimą ir užtikrinantis energijos akumuliatoriaus saugumą.
Ideali neigiamo elektrodo medžiaga turi turėti bent šias 7 sąlygas
1. Cheminis potencialas yra mažas, todėl susidaro didelis potencialų skirtumas su teigiamo elektrodo medžiaga, todėl gaunama didelės galios baterija;
2. Jis turėtų turėti didesnį specifinį ciklo pajėgumą;
3. Li+ turi būti lengvai įkišamas ir ištraukiamas į neigiamo elektrodo medžiagą ir turi didelį kuloninį efektyvumą, kad Li+ ekstrahavimo proceso metu būtų gana stabili įkrovimo ir iškrovimo įtampa;
4. Geras elektroninis laidumas ir jonų laidumas;
5. Jis turi gerą stabilumą ir tam tikrą suderinamumo su elektrolitais laipsnį;
7. Medžiagų šaltinis turi būti turtingas ištekliais, žemos kainos, paprastas gamybos procesas; saugus, ekologiškas ir be taršos.
Anodo medžiagos, atitinkančios aukščiau nurodytas sąlygas, šiuo metu iš esmės neegzistuoja, todėl naujų anodo medžiagų, pasižyminčių dideliu energijos tankiu, geromis saugumo savybėmis, žemomis kainomis ir lengvai prieinamomis medžiagomis, tyrimai tapo neatidėliotina užduotimi, kuri taip pat yra aktuali tema Lietuvoje. ličio baterijų tyrimų sritis šiame etape.
Ličio baterijų anodo medžiagų tyrimas ir ateitis
Grafeno / cirkonio vandenilio fosfato (ZrP) kompozicinė medžiaga naudojama kaip neigiama ličio akumuliatoriaus elektrodo medžiaga, kuri gali įveikti akumuliatoriaus medžiagų laidumą.
Prastų elektrinių savybių ir rimtų tūrio padidėjimo efektų problemos pasižymi stipriu ciklo stabilumu ir dideliu elektros laidumu.
1. Grafeno/ZrP kompozitų ličio saugojimo mechanizmas
1. Grafeno medžiagų ličio laikymo savybės
Grafenas turi geresnius elektronų ir jonų perdavimo kanalus, o tai naudinga pagreitinant įkrovimo ir iškrovimo greitį. Kai grafenas naudojamas kaip neigiamo elektrodo medžiaga, cheminės reakcijos formulė yra tokia:
Nors grafenas turi didelį Li+ difuzijos greitį ir turi didelę talpą pirmojo įkrovimo ir iškrovimo proceso metu, kai naudojamas kaip ličio baterijų neigiama elektrodo medžiaga, po kelių pilnų įkrovimo ir iškrovimo ciklų grafeno talpa greitai sumažės. ir negali būti naudojamas vienas. Ličio akumuliatoriaus anodo medžiaga, taip yra todėl, kad grafeno medžiaga reaguos su ličio akumuliatoriaus elektrolitu pirmojo įkrovimo ir iškrovimo metu, o kontaktinis paviršius su elektrolitu padidės elektros ciklo metu, o tai sukels sluoksnių kaupimąsi. negrįžtamumas ir nestabilumas. SEI plėvelės pasyvavimas, o paruoštas grafenas lengvai aglomeruojamas ir kaupiasi dėl lamelinės struktūros, todėl jos kuloninis efektyvumas yra mažas.
2. Grafeno/ZrP kompozitinių medžiagų sinergetinis poveikis
Cirkonio vandenilio fosfato ir grafeno kompozitas gali ne tik pagerinti akumuliatoriaus laidumą ir pagerinti jo tūrio išplėtimo efektą, bet ir turi gerą ličio talpą bei gali padidinti specifinę kompozitinės medžiagos talpą. Palyginti su kitomis anglies medžiagomis, grafenas turi didelio specifinio paviršiaus ploto, didelio mechaninio stiprumo ir gero elektros laidumo privalumus. SnO 2, FeSb 2 ir kitų medžiagų tyrimai parodė, kad grafeno įvedimas gali veiksmingai pagerinti jo elektrochemines savybes.
2. Grafeno/ZrP kompozito veikimo principas
Grafeno / cirkonio vandenilio fosfato kompozicinė medžiaga yra paruošta solvoterminiu metodu, dėl kurio susidaręs grafenas gali prilipti prie cirkonio vandenilio fosfato paviršiaus in situ, kad būtų gauta cirkonio vandenilio fosfato ir grafeno kompozicinė medžiaga. Po kalcinavimo grafenas gali būti cirkonio vandenilio fosfatas Deguonies laisvos vietos susidaro kristalinėje gardelėje, todėl padidėja nešėjų ir gardelės defektų skaičius, pagerėja laidumas. Grafeno buvimas leidžia suformuoti laidų tinklą tarp cirkonio vandenilio fosfato nanodalelių, o tai yra naudinga gerinant bendrą medžiagos laidumą. Tuo pačiu metu grafenas naudojamas kaip lanksti plėvelė cirkonio vandenilio fosfato paviršiui padengti, o tai gali sumažinti tūrio padidėjimo efektą įkrovimo ir iškrovimo metu.
Trečia, galimos grafeno / ZrP kompozicinių medžiagų perspektyvos
1. Paruošimo metodas pasižymi paprastu ir lengvu veikimu, stipriu atkuriamumu, mažomis sąnaudomis ir neteršia aplinka;
2. Šiuo metodu paruošta cirkonio vandenilio fosfato ir grafeno kompozicinė medžiaga naudojama kaip ličio akumuliatoriaus neigiama elektrodo medžiaga, kuri gali įveikti prasto akumuliatoriaus laidumo ir rimto tūrio išplėtimo problemas bei pasižymi stipriu ciklo stabilumu. ir stiprus laidumas;
3. Kadangi grafenas turi didelį laidumą ir didelį specifinį paviršiaus plotą, jis gali veiksmingai pagerinti akumuliatoriaus kompozitinių medžiagų laidumą, o tuo pačiu metu grafeno danga gali efektyviai pagerinti akumuliatoriaus kompozitinių medžiagų tūrio išplėtimo efektą ir pagerinti elektrochemines savybes. iš baterijų kompozitinių medžiagų.
