Litiumakun anodimateriaalit ja tulevaisuus
Litiumioniakku on ladattava toisioakku, joka koostuu pääasiassa viidestä pääosasta: positiivinen elektrodi, negatiivinen elektrodi, elektrolyytti, erotin ja virranotto.
Positiivisten ja negatiivisten elektrodimateriaalien päätehtävänä on saada litiumioneja vapautumaan/syötettyä vapaammin, jotta latauksen ja purkauksen toiminta toteutuu.
Latausprosessin aikana litiumionit uutetaan positiivisesta elektrodimateriaalista ja työnnetään vastaavaan negatiiviseen elektrodimateriaaliin elektrolyytin kautta. Samaan aikaan elektronit virtaavat ulos positiivisesta elektrodista ulkoisen piirin kautta ja virtaavat negatiiviselle elektrodille;
Kun litiumakku puretaan, litiumionit poistetaan negatiivisesta elektrodista ja upotetaan uudelleen positiivisen elektrodin materiaaliin elektrolyytin kautta. Samaan aikaan elektronit virtaavat negatiiviselta elektrodilta positiiviselle elektrodille ulkoisen piirin kautta.
Mikä on litiumakun anodimateriaali?
Negatiivinen elektrodimateriaali on litiumionien ja elektronien kantaja akun latausprosessissa, ja sillä on energian varastoinnin ja vapautumisen rooli. Se on yksi avaintekijöistä, jotka määräävät litiumioniakkujen suorituskyvyn ja pitävät akun turvallisuuden elinehtona.
Ihanteellisella negatiivisen elektrodin materiaalilla on oltava vähintään seuraavat 7 ehtoa
1. Kemiallinen potentiaali on pieni, muodostaen suuren potentiaalieron positiivisen elektrodimateriaalin kanssa, jolloin saadaan suuritehoinen akku;
2. Sillä pitäisi olla suurempi ominaissyklikapasiteetti;
3. Li+ on helppo asettaa ja poistaa negatiivisen elektrodin materiaalista, ja sillä on korkea kulloinen hyötysuhde, jotta Li+-uuttoprosessin aikana voi olla suhteellisen vakaa lataus- ja purkausjännite;
4. Hyvä elektronijohtavuus ja ioninjohtavuus;
5. Sillä on hyvä vakaus ja tietty yhteensopivuus elektrolyyttien kanssa;
7. Materiaalien lähteen tulee olla rikkaat resurssit, alhainen hinta ja yksinkertainen valmistusprosessi; turvallinen, vihreä ja saastevapaa.
Yllä olevat ehdot täyttäviä anodimateriaaleja ei periaatteessa ole tällä hetkellä olemassa, joten uusien korkean energiatiheyden, hyvän turvallisuussuorituskyvyn, edullisen ja helposti saatavilla olevien materiaalien anodimateriaalien tutkimuksesta on tullut kiireellinen tehtävä, joka on myös kuuma aihe Suomessa. litiumparistotutkimuksen alalla tässä vaiheessa.
Litiumakkujen anodimateriaalien etsintä ja tulevaisuus
Grafeeni/zirkoniumvetyfosfaatti (ZrP) -komposiittimateriaalia käytetään litiumakun negatiivisena elektrodimateriaalina, joka voi voittaa akkumateriaalien johtavuuden.
Huonojen sähköisten ominaisuuksien ja vakavien tilavuuden laajenemisvaikutusten ongelmilla on vahva syklin stabiilisuus ja vahva sähkönjohtavuus.
1. Grafeeni/ZrP-komposiittien litiumin varastointimekanismi
1. Grafeenimateriaalien litiumin varastointikäyttäytyminen
Grafeenilla on paremmat elektronien ja ionien siirtokanavat, mikä on hyödyllistä nopeuttaa lataus- ja purkausnopeutta. Kun grafeenia käytetään negatiivisena elektrodimateriaalina, kemiallisen reaktion kaava on seuraava:
Vaikka grafeenilla on korkea Li+-diffuusionopeus ja suuri kapasiteetti ensimmäisen lataus- ja purkausprosessin aikana, kun sitä käytetään litiumakkujen negatiivisena elektrodimateriaalina, grafeenin kapasiteetti heikkenee nopeasti useiden täydellisten lataus- ja purkausjaksojen jälkeen. eikä sitä voi käyttää yksinään. Litiumakun anodimateriaali, tämä johtuu siitä, että grafeenimateriaali reagoi litiumakun elektrolyytin kanssa ensimmäisen latauksen ja purkauksen aikana, ja kosketuspinta elektrolyytin kanssa kasvaa sähkösyklin aikana, mikä johtaa kerrosten kerääntymiseen, mikä johtaa peruuttamattomuudessa ja epävakaudessa. SEI-kalvon passivointi, kun taas valmistettu grafeeni on helppo agglomeroida ja kerääntyä lamellirakenteen ansiosta, mikä tekee sen kulloisesta tehokkuudesta alhainen.
2. Grafeeni/ZrP-komposiittimateriaalien synergistinen vaikutus
Zirkoniumvetyfosfaatin ja grafeenin komposiitti ei voi vain parantaa akun johtavuutta ja parantaa sen tilavuuden laajennusvaikutusta, vaan sillä on myös hyvä litiumin varastointikapasiteetti ja se voi lisätä komposiittimateriaalin ominaiskapasiteettia. Verrattuna muihin hiilimateriaaleihin, grafeenin etuna on suuri ominaispinta-ala, korkea mekaaninen lujuus ja hyvä sähkönjohtavuus. SnO 2:n, FeSb 2:n ja muiden materiaalien tutkimus on osoittanut, että grafeenin käyttöönotto voi parantaa tehokkaasti sen sähkökemiallista suorituskykyä.
2. Grafeeni/ZrP-komposiitin toimintaperiaate
Grafeeni/zirkoniumvetyfosfaattikomposiittimateriaali valmistetaan solvotermisellä menetelmällä, joka voi saada syntyneen grafeenin kiinnittymään zirkoniumvetyfosfaatin pintaan in situ, jolloin saadaan zirkoniumvetyfosfaattia ja grafeenikomposiittimateriaalia. Kalsinoinnin jälkeen grafeeni voi olla zirkoniumvetyfosfaatissa. Kidehilassa muodostuu happea tyhjiä paikkoja, mikä lisää kantajien ja hilavirheiden määrää ja parantaa johtavuutta. Grafeenin läsnäolo mahdollistaa johtavan verkoston muodostumisen zirkoniumvetyfosfaattinanohiukkasten välille, mikä parantaa materiaalin yleistä johtavuutta. Samanaikaisesti grafeenia käytetään joustavana kalvona zirkoniumvetyfosfaatin pinnan päällystämiseen, mikä voi puskuroida tilavuuden kasvuvaikutuksen lataus- ja purkuprosessin aikana.
Kolmanneksi grafeeni/ZrP-komposiittimateriaalien mahdolliset näkymät
1. Valmistusmenetelmällä on yksinkertainen ja helppokäyttöinen toiminta, vahva toistettavuus, alhaiset kustannukset ja ympäristön saastuminen;
2. Tällä menetelmällä valmistettua zirkoniumvetyfosfaatin ja grafeenin komposiittimateriaalia käytetään litiumakun negatiivisena elektrodimateriaalina, joka voi voittaa akun huonon johtavuuden ja vakavan tilavuuden laajenemisvaikutuksen ongelmat, ja jolla on vahvan syklin vakauden ominaisuudet. ja vahva johtavuus;
3. Koska grafeenilla on korkea johtavuus ja suuri ominaispinta-ala, se voi parantaa tehokkaasti akkukomposiittimateriaalien johtavuutta, ja samalla grafeenin pinnoite voi tehokkaasti parantaa akkukomposiittimateriaalien tilavuuden laajennusvaikutusta ja parantaa sähkökemiallista suorituskykyä. akun komposiittimateriaaleista.
