Dikurangkan katod litium logam untuk tinggi tenaga bateri

- Mar 17, 2017-

Bateri lithium-ion litium-ion telah memberi impak pada kehidupan seharian, penggunaan komersil bateri litium-ion negatif karbon ada kini pada dasarnya hampir kapasitinya teori, ia adalah sukar untuk memenuhi peralatan elektronik mudah alih, kenderaan elektrik dan penyimpanan tenaga secara besar-besaran, dll keperluan permohonan yang lebih tinggi. Logam litium mempunyai ketumpatan tenaga teori terbesar (3860mAhg? 1 atau 2061mAhcm? 3) dan paling rendah elektrokimia potensi (berbanding dengan elektrod hidrogen standard 3.04V) dalam bahan yang boleh digunakan sebagai elektrod negatif bateri litium, dan generasi akan datang daripada tenaga tinggi litium bateri seperti Li-S dan Li-udara bateri katod bahan pilihan terbaik. Walau bagaimanapun, katod litium logam dalam permohonan praktikal mudah melahirkan dendrites, untuk menyelesaikan masalah keselamatan dan kestabilan semasa katod logam litium fokus penyelidikan.

Terbaru, Prof. Cui Yi Jabatan Sains bahan dan kejuruteraan di Universiti Stanford diterbitkan satu kajian yang bertajuk andquot; Memulihkan katod litium logam untuk bertenaga tinggi batteriesandquot; Teknologi Nature Nano, pertama yang meringkaskan pemahaman semasa negatif elektrod logam litium pendahuluan kebelakangan ini dalam reka bentuk bahan dan kaedah Pencirian maju, dan memberikan rujukan untuk penyelidikan masa hadapan arahan litium logam elektrod-elektrod negatif.

Profesor Cui Yi: kebangkitan katod litium logam untuk tinggi tenaga bateri

Gambaran keseluruhan gambaran menyeluruh

1. cabaran-cabaran yang negatif litium logam

Sebelum penggunaan praktikal litium logam katod, ia perlu mengatasi keselamatannya dan kitaran kestabilan dan lain-lain aspek cabaran. Semasa kitaran caj-pelepasan, litium akan secara tidak begitu lancar sampai ke borang dendrites dan menyebabkan Melitar pintas secara bateri. Pada masa yang sama, kecekapan Kurun rendah dan peningkatan potensi litium-over litium yang akan membawa kepada penurunan mendadak dalam kapasiti. Untuk menyelesaikan masalah-masalah ini, terdapat keperluan untuk kefahaman yang lebih mendalam tentang kimia interfacial, tingkah laku Deposit litium dan hubungan antara mereka.

1.1 litium elektrolit permukaan pepejal antara muka pembentukan

Antaramuka pepejal elektrolit (title SEI) ini menjadi tumpuan penyelidikan bateri. Kerana Li + Li mempunyai negatif yang tinggi elektrokimia potensi, elektrolit bila-bila boleh dikurangkan di permukaan litium, melalui pempasifan daripada title SEI boleh menyelesaikan masalah ini. Walau bagaimanapun, katod litium logam keperluan title SEI adalah tinggi, litium pada title SEI itu harus mempunyai kekonduksian ion litium tinggi dan baik elektronik menyekat keupayaan, komposisi, morfologi dan kekonduksian ionik supaya seragam. Kerana kitaran muka berselang seli yang agak besar, tetapi juga memerlukan title SEI mempunyai fleksibiliti yang baik dan juga fleksibiliti.

Alkyl litium karbonat dan ethers adalah dua electrolytes yang penting sesuai untuk elektrod-elektrod negatif litium. Meningkatkan katod litium di electrolytes karbonat, yang dijangka akan menggantikan elektrod negatif tradisional karbon dan meningkatkan keupayaan bateri. Pembangunan litium katod dalam eter elektrolit dalam jangka panjang akan sesuai untuk pembangunan bateri Li-S dan Li-udara. Lebih penting lagi, mekanisme sistem dua elektrolit title SEI adalah sama, dan penemuan dalam sistem boleh digunakan untuk sistem yang lain.

1.2 litium dendrite pertumbuhan teori

Apabila logam electroplated dengan semasa yang tinggi, Cu, Ni, dan Zn, kasi itu secara beransur-ansur habis, memecahkan caj elektrik permukaan elektrod untuk menghasilkan lapisan caj angkasa, mengakibatkan pemendapan logam yang tidak sekata, berlaku fenomena pertumbuhan Dendritik Nanotechnologies. Walau bagaimanapun, dalam bateri litium, mekanisma pembentukan litium dendrites adalah berbeza, perlu mempertimbangkan kesan kimia antara muka. Litium pengurangan elektrod elektrod berpotensi adalah agak tinggi, secara spontan akan membentuk lapisan title SEI di permukaan. Jika konduktiviti ion-ion lithium bagi title SEI tidak seragam, ia akan membawa kepada penukleusan tidak sekata. Di samping itu, perubahan isipadu dalam kitaran akan menyebabkan retak title SEI, yang seterusnya akan memburukkan lagi pemendapan tidak sekata litium. Litium Dendritik Nanotechnologies pertumbuhan adalah satu proses meningkatkan diri.

1.3 Tukar kelantangan relatif maksimum

Semua bahan elektrod menjalani perubahan volum semasa kitaran mengecas dan menyahcas, dan bahkan elektrod grafit komersial mempunyai perubahan jumlah 10%. Litium logam, kerana ia bukanlah badan utama, perubahan isipadu adalah lebih besar. Dari pandangan dari sudut praktikal, kapasiti kawasan unilateral elektrod komersial perlu sampai ke 3mAhcm? 2, bagi lithium tiada akan 14.6μm perubahan isipadu. Nilai ini akan lebih Gemilang di masa hadapan, bererti bahawa pergerakan muka litium akan mencapai berpuluh-puluh mikron semasa kitaran.