Προετοιμασία σύνθετου υλικού πυριτίου-άνθρακα για υλικό ανόδου ιόντων μπαταρίας

Προετοιμασία σύνθετου υλικού πυριτίου-άνθρακα για υλικό ανόδου ιόντων μπαταρίας

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου (LIB) χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο σε συσκευές αποθήκευσης μεγάλης χωρητικότητας, όπως ηλεκτρικά οχήματα και συσκευές αποθήκευσης ενέργειας (ESS) και κινητές συσκευές, λόγω των σταθερών χαρακτηριστικών ζωής και της υψηλής απόδοσης.

Οι ακόλουθες στρατηγικές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την προώθηση της ενεργειακής πυκνότητας του LIB (Wh = kg): 1) να τροποποιηθούν τα δεδομένα των ηλεκτροδίων 2) να βελτιωθεί η τεχνολογία επίστρωσης 3) να βελτιωθεί η πλήρωση δεδομένων στην άνοδο και στην κάθοδο 4) να προωθηθεί η απορρόφηση λιθίου ρυθμού της καθόδου. Ωστόσο, οι μέθοδοι 2-4 περιορίζονται γενικά στη βελτιστοποίηση του εσωτερικού χώρου και του σχεδιασμού και επομένως διεξάγεται ενεργά έρευνα για τη σύνθεση νέων υλικών ηλεκτροδίων.

Επί του παρόντος, η πιο αντιπροσωπευτική πηγή καθόδων που χρησιμοποιούνται στη LIBS είναι ο γραφίτης. Λόγω του μονοαξονικού προσανατολισμού της στιβάδας γραφένιου, παρουσιάζει μια εξαιρετικά αναστρέψιμη συμπεριφορά εκφόρτισης και έχει επομένως μεγάλη διάρκεια ζωής.

Επιπλέον, όταν το γραφίτη είναι πλήρως φορτισμένο, δηλαδή, όταν υπάρχουν ιόντα λιθίου μεταξύ των στρωμάτων, το δυναμικό ηλεκτροδίου είναι 0V έναντι Li = Li +. Αυτό δείχνει ότι ο γραφίτης μπορεί να παρουσιάσει μια πιθανότητα παρόμοια με εκείνη του καθαρού μετάλλου Li. Επομένως, μπορεί να επιτευχθεί υψηλότερη ενέργεια με τη συναρμολόγηση μιας μπαταρίας με μια κάθοδο γραφίτη και μια άνοδο με βάση το οξείδιο.

Ωστόσο, λαμβάνοντας υπόψη τη ζήτηση για μπαταρίες υψηλής χωρητικότητας την εποχή εκείνη, η χαμηλή θεωρητική ικανότητα γραφίτη (372mAh = g, 837mAh = cm3) αποτελεί βασικό εμπόδιο στη συνεχή χρήση του γραφίτη ως υλικό ανόδου. Ως εκ τούτου, προκειμένου να αναπτυχθούν δευτερογενείς συστοιχίες λιθίου υψηλής απόδοσης, υψηλής απόδοσης, είναι σημαντικό να αναπτυχθούν μη ανιχνευτά άνθρακα υλικά ανόδου.

Μεταξύ αυτών των μη άνθρακα υλικών, το Si είναι το πλέον κατάλληλο επειδή έχει υψηλή ικανότητα εκκένωσης 4200mAh = g και δυναμικό απόκρισης λιθίου 0.4V (vsLi = Li +). Ωστόσο, το Si αντιμετώπισε ένα βασικό πρόβλημα, δηλαδή, ο όγκος αλλάζει σοβαρά κατά τη διάρκεια της διαδικασίας φόρτισης και εκφόρτισης, με αποτέλεσμα την κακή αναστρεψιμότητα και την ευαίσθητη αποσύνθεση της ικανότητας.

Έχουν προταθεί πολυάριθμες προσεγγίσεις για τη μείωση της διαστολής του όγκου, όπως η απόκριση νανο-κλίμακας των σωματιδίων μετάλλου στο λίθιο, η σύνθεση ετερογενών κραμάτων που αντιδρούν με το λίθιο και τα ενεργά = ανενεργά μεταλλικά σύμπλοκα και το κράμα λιθίου = σύνθεση άνθρακα. 11-15)

Σε αυτό το εργαστήριο, προσπαθούμε να αντιμετωπίσουμε το πρόβλημα της επέκτασης χύδην σε πυρίτιο, συνθέτοντας σύνθετα δεδομένα πυριτίου-άνθρακα (Si-CB). Η δομή του CB σχηματίζεται από τη συσσώρευση πρωτογενών σωματιδίων σε διαφορετικές κατευθύνσεις για να σχηματιστεί ένα δίκτυο διαφόρων κατευθύνσεων και χώρων που σχηματίζονται στο συσσωμάτωμα CB λόγω τυχαίας ανάπτυξης. 16-19)

Επομένως, στην περίπτωση επέκτασης όγκου, αυτοί οι χώροι θα χρησιμοποιηθούν ως ρυθμιστικό για να περιέχουν πυρίτιο