Litija akumulatora anoda materiāli un nākotne
Litija jonu akumulators ir uzlādējams sekundārais akumulators, kas galvenokārt sastāv no piecām galvenajām daļām: pozitīvā elektroda, negatīvā elektroda, elektrolīta, separatora un strāvas kolektora.
Pozitīvo un negatīvo elektrodu materiālu galvenā funkcija ir padarīt litija jonus brīvāk ekstrahētus / ievietotus, lai realizētu uzlādes un izlādes funkciju.
Uzlādes procesā litija joni tiek ekstrahēti no pozitīvā elektroda materiāla un caur elektrolītu ievietoti attiecīgajā negatīvā elektroda materiālā. Tajā pašā laikā elektroni izplūst no pozitīvā elektroda caur ārējo ķēdi un plūst uz negatīvo elektrodu;
Kad litija akumulators ir izlādējies, litija joni tiek ekstrahēti no negatīvā elektroda un caur elektrolītu tiek atkārtoti iestrādāti pozitīvā elektroda materiālā. Tajā pašā laikā elektroni plūst no negatīvā elektroda uz pozitīvo elektrodu caur ārējo ķēdi.
Kāds ir litija akumulatora anoda materiāls?
Negatīvā elektroda materiāls ir litija jonu un elektronu nesējs akumulatora uzlādes procesā, un tam ir enerģijas uzkrāšanas un atbrīvošanas loma. Tas ir viens no galvenajiem faktoriem, kas nosaka litija jonu akumulatoru veiktspēju, un nodrošina enerģijas akumulatoru drošību.
Ideālajam negatīvā elektroda materiālam ir jābūt vismaz 7 šādiem nosacījumiem
1. Ķīmiskais potenciāls ir zems, veidojot lielu potenciālu starpību ar pozitīvā elektroda materiālu, tādējādi iegūstot lieljaudas akumulatoru;
2. Tam vajadzētu būt lielākai specifiskā cikla jaudai;
3. Li+ ir viegli jāievieto un jāizņem negatīvā elektroda materiālā, un tam ir augsta kuloniskā efektivitāte, lai Li+ ekstrakcijas procesa laikā varētu būt relatīvi stabils uzlādes un izlādes spriegums;
4. Laba elektroniskā vadītspēja un jonu vadītspēja;
5. Tam ir laba stabilitāte un noteikta saderības pakāpe ar elektrolītiem;
7. Materiālu avotam jābūt resursiem bagātam, zemas cenas, vienkāršam ražošanas procesam; droši, zaļi un bez piesārņojuma.
Anoda materiāli, kas atbilst augstākminētajiem nosacījumiem, šobrīd pamatā nepastāv, tāpēc jaunu anoda materiālu ar augstu enerģijas blīvumu, labu drošības veiktspēju, zemu cenu un viegli pieejamiem materiāliem pētījumi ir kļuvuši par neatliekamu uzdevumu, kas ir arī aktuāls temats litija bateriju izpētes lauks šajā posmā.
Litija akumulatoru anoda materiālu izpēte un nākotne
Grafēna / cirkonija hidrogēnfosfāta (ZrP) kompozītmateriāls tiek izmantots kā litija akumulatora negatīvais elektroda materiāls, kas var pārvarēt akumulatora materiālu vadītspēju.
Slikto elektrisko īpašību un nopietnu tilpuma izplešanās efektu problēmām ir raksturīga spēcīga cikla stabilitāte un spēcīga elektriskā vadītspēja.
1. Grafēna/ZrP kompozītmateriālu litija uzglabāšanas mehānisms
1. Grafēna materiālu litija uzglabāšanas uzvedība
Grafēnam ir labāki elektronu un jonu pārraides kanāli, kas ir izdevīgi, lai paātrinātu uzlādes un izlādes ātrumu. Ja grafēnu izmanto kā negatīvu elektrodu materiālu, ķīmiskās reakcijas formula ir šāda:
Lai gan grafēnam ir augsts Li+ difūzijas ātrums un tam ir liela jauda pirmajā uzlādes un izlādes procesā, kad to izmanto kā litija akumulatoru negatīvo elektrodu materiālu, grafēna kapacitāte strauji samazināsies pēc vairākiem pilnīgiem uzlādes un izlādes cikliem. un to nevar izmantot atsevišķi. Litija akumulatora anoda materiāls, tas ir tāpēc, ka grafēna materiāls reaģēs ar litija akumulatora elektrolītu pirmās uzlādes un izlādes laikā, un elektriskā cikla laikā saskares virsma ar elektrolītu kļūs lielāka, kas novedīs pie slāņu uzkrāšanās, kā rezultātā. neatgriezeniskumā un nestabilitātē. SEI plēves pasivācija, savukārt sagatavotais grafēns ir viegli aglomerējams un uzkrāts lamelārās struktūras dēļ, kas padara tā kulonisko efektivitāti zemu.
2. Grafēna/ZrP kompozītmateriālu sinerģiskā iedarbība
Cirkonija hidrogēnfosfāta un grafēna kompozīts var ne tikai uzlabot akumulatora vadītspēju un tā tilpuma izplešanās efektu, bet arī tam ir laba litija uzglabāšanas jauda un tas var palielināt kompozītmateriāla īpatnējo ietilpību. Salīdzinot ar citiem oglekļa materiāliem, grafēnam ir liela īpatnējā virsma, augsta mehāniskā izturība un laba elektriskā vadītspēja. Pētījumi par SnO 2, FeSb 2 un citiem materiāliem ir parādījuši, ka grafēna ieviešana var efektīvi uzlabot tā elektroķīmisko veiktspēju.
2. Grafēna/ZrP kompozīta darbības princips
Grafēna/cirkonija hidrogēnfosfāta kompozītmateriāls tiek sagatavots ar solvotermisko metodi, kas var likt radītajam grafēnam pielipt cirkonija hidrogēnfosfāta virsmai in situ, lai iegūtu cirkonija hidrogēnfosfātu un grafēna kompozītmateriālu. Pēc kalcinēšanas grafēns var būt cirkonija hidrogēnfosfātā Kristāla režģī veidojas skābekļa vakances, tādējādi palielinot nesēju un režģa defektu skaitu un uzlabojot vadītspēju. Grafēna klātbūtne ļauj veidot vadošu tīklu starp cirkonija hidrogēnfosfāta nanodaļiņām, kas ir labvēlīgi, lai uzlabotu materiāla kopējo vadītspēju. Tajā pašā laikā grafēnu izmanto kā elastīgu plēvi, lai pārklātu cirkonija hidrogēnfosfāta virsmu, kas var buferēt tilpuma palielināšanas efektu uzlādes un izlādes procesa laikā.
Treškārt, grafēna / ZrP kompozītmateriālu iespējamās izredzes
1. Sagatavošanas metodei ir vienkāršas un vieglas darbības īpašības, spēcīga reproducējamība, zemas izmaksas un vides piesārņojums;
2. Ar šo metodi izgatavotais cirkonija hidrogēnfosfāta un grafēna kompozītmateriāls tiek izmantots kā litija akumulatora negatīvais elektroda materiāls, kas var pārvarēt sliktas akumulatora vadītspējas un nopietna tilpuma izplešanās efekta problēmas, un tam piemīt spēcīgas cikla stabilitātes īpašības. un spēcīga vadītspēja;
3. Tā kā grafēnam ir augsta vadītspēja un liels īpatnējais virsmas laukums, tas var efektīvi uzlabot akumulatora kompozītmateriālu vadītspēju, un tajā pašā laikā grafēna pārklājums var efektīvi uzlabot akumulatora kompozītmateriālu tilpuma izplešanās efektu un uzlabot elektroķīmisko veiktspēju. no akumulatoru kompozītmateriāliem.
