Матеріали анодів літієвої батареї та майбутнє
Літій-іонна батарея - це вторинна акумуляторна батарея, яка в основному складається з п'яти основних частин: позитивний електрод, негативний електрод, електроліт, сепаратор і струмоприймач.
Основна функція матеріалів позитивних і негативних електродів полягає в тому, щоб зробити іони літію більш вільно витягнутими/вставленими, щоб реалізувати функцію зарядки та розряду.
Під час процесу заряджання іони літію витягуються з матеріалу позитивного електрода і вставляють у відповідний негативний електродний матеріал через електроліт. У той же час електрони витікають з позитивного електрода через зовнішній ланцюг і надходять до негативного електрода;
Коли літієва батарея розряджається, іони літію витягуються з негативного електрода і знову вбудовуються в матеріал позитивного електрода через електроліт. У той же час електрони перетікають від негативного електрода до позитивного через зовнішній ланцюг.
Який матеріал анода літієвої батареї?
Матеріал негативного електрода є носієм іонів літію та електронів у процесі зарядки батареї та відіграє роль накопичення та вивільнення енергії. Це один з ключових факторів, які визначають продуктивність літій-іонних акумуляторів і є запорукою безпеки батарей.
Ідеальний матеріал негативного електрода повинен мати принаймні 7 наступних умов
1. Хімічний потенціал низький, утворюючи велику різницю потенціалів з матеріалом позитивного електрода, тим самим отримуючи акумулятор високої потужності;
2. Він повинен мати більш високу питому циклічність;
3. Li+ має легко вставлятися та витягуватися в матеріал негативного електрода та має високу кулонівську ефективність, щоб під час процесу вилучення Li+ могла бути відносно стабільна напруга заряду та розряду;
4. Хороша електронна провідність та іонна провідність;
5. Має хорошу стабільність і певний ступінь сумісності з електролітами;
7. Джерело матеріалів має бути багатим на ресурси, низькою ціною, простим у процесі виготовлення; безпечний, зелений і безпечний.
Анодних матеріалів, які відповідають вищезазначеним умовам, на даний момент в основному не існує, тому дослідження нових анодних матеріалів з високою щільністю енергії, хорошими характеристиками безпеки, низькою ціною та легкодоступними матеріалами стало актуальним завданням, яке також є актуальною темою в область досліджень літієвих акумуляторів на цьому етапі.
Дослідження та майбутнє анодних матеріалів для літієвих батарей
Композитний матеріал графен/цирконій гідрофосфат (ZrP) використовується як матеріал негативного електрода літієвої батареї, який може подолати провідність матеріалів батареї.
Проблеми поганих електричних властивостей та серйозних ефектів розширення об’єму мають характеристики сильної стабільності циклу та сильної електропровідності.
1. Механізм зберігання літію композитів графен/ZrP
1. Поведінка графенових матеріалів при зберіганні літію
Графен має кращі канали передачі електронів та іонів, що сприяє прискоренню заряду та розряду. Коли графен використовується як матеріал негативного електрода, формула хімічної реакції виглядає так:
Незважаючи на те, що графен має високу швидкість дифузії Li+ і має високу ємність під час першого процесу заряду та розряду, коли він використовується як матеріал негативного електрода для літієвих батарей, ємність графену швидко зменшиться після кількох повних циклів заряду та розряду. і не може використовуватися окремо. Матеріал анода літієвої батареї, це тому, що матеріал графену вступить в реакцію з електролітом літієвої батареї під час першого заряду та розряду, а поверхня контакту з електролітом стане більшою під час електричного циклу, що призведе до накопичення шарів, в результаті чого в незворотності і нестабільності. Пасивація плівки SEI, в той час як підготовлений графен легко агломерується і накопичується завдяки пластинчастій структурі, що робить його кулоновську ефективність низькою.
2. Синергетичний ефект композиційних матеріалів графен/ZrP
Композит із гідрофосфату цирконію та графену може не тільки покращити провідність батареї та покращити її ефект розширення об’єму, але також має хорошу ємність для зберігання літію та може збільшити питому ємність композитного матеріалу. У порівнянні з іншими вуглецевими матеріалами, графен має переваги великої питомої поверхні, високої механічної міцності та хорошої електропровідності. Дослідження SnO 2, FeSb 2 та інших матеріалів показали, що введення графену може ефективно покращити його електрохімічні характеристики.
2. Принцип роботи композиту графен/ZrP
Композитний матеріал графен/гідрофосфат цирконію готується сольвотермічним методом, який може змусити утворений графен прилипнути до поверхні гідрофосфату цирконію in situ для отримання цирконію гідрофосфату та композитного матеріалу графену. Після прожарювання графен може перебувати у гідрофосфаті цирконію. У кристалічній решітці утворюються кисневі вакансії, що збільшує кількість носіїв і дефектів решітки, а також покращує провідність. Наявність графену дає змогу утворювати провідну мережу між наночастинками гідрофосфату цирконію, що сприяє поліпшенню загальної провідності матеріалу. У той же час графен використовується як гнучка плівка для покриття поверхні гідрофосфату цирконію, який може буферувати ефект розширення об’єму під час процесу заряджання та розрядки.
По-третє, потенційні перспективи композиційних матеріалів графен/ZrP
1. Метод приготування має характеристики простої та легкої експлуатації, сильної відтворюваності, низької вартості та відсутності забруднення навколишнього середовища;
2. Композитний матеріал гідрофосфату цирконію та графену, отриманий цим методом, використовується як матеріал негативного електрода літієвої батареї, який може подолати проблеми поганої провідності батареї та серйозного ефекту розширення об’єму, а також має характеристики сильної стабільності циклу. і сильна провідність;
3. Оскільки графен має високу провідність і велику питому поверхню, він може ефективно покращити провідність композитних матеріалів акумулятора, і в той же час покриття з графену може ефективно покращити ефект розширення об’єму композитних матеріалів батареї та покращити електрохімічні характеристики з композитних матеріалів для батарей.
