A lítium akkumulátor anód anyagai és a jövő
A lítium-ion akkumulátor egy újratölthető másodlagos akkumulátor, amely főleg öt fő részből áll: pozitív elektróda, negatív elektróda, elektrolit, szeparátor és áramgyűjtő.
A pozitív és negatív elektródaanyagok fő funkciója a lítium-ionok szabadabb kivonása/behelyezése, hogy megvalósuljon a töltés és kisütés funkciója.
A töltési folyamat során lítium-ionokat vonnak ki a pozitív elektróda anyagából, és az elektroliton keresztül behelyezik a megfelelő negatív elektród anyagába. Ugyanakkor az elektronok kiáramlanak a pozitív elektródából a külső áramkörön keresztül, és a negatív elektródához áramlanak;
Amikor a lítium akkumulátor lemerül, a lítium-ionok kivonódnak a negatív elektródából, és az elektroliton keresztül újra beágyazódnak a pozitív elektród anyagába. Ugyanakkor az elektronok a negatív elektródáról a pozitív elektródára áramlanak a külső áramkörön keresztül.
Mi a lítium akkumulátor anód anyaga?
A negatív elektróda anyaga lítium ionok és elektronok hordozója az akkumulátor töltési folyamatában, és az energiatárolás és -leadás szerepét tölti be. Ez az egyik kulcsfontosságú tényező, amely meghatározza a lítium-ion akkumulátorok teljesítményét, és az akkumulátorok biztonságának éltető eleme.
Az ideális negatív elektróda anyagának legalább a következő 7 feltétellel kell rendelkeznie
1. A kémiai potenciál alacsony, nagy potenciálkülönbséget képez a pozitív elektród anyagával, ezáltal nagy teljesítményű akkumulátort kapunk;
2. Nagyobb fajlagos cikluskapacitással kell rendelkeznie;
3. A Li+-t könnyen be kell helyezni és ki kell húzni a negatív elektród anyagába, és magas coulombos hatásfokkal kell rendelkeznie, hogy a Li+ extrakciós folyamat során viszonylag stabil töltési és kisülési feszültség legyen;
4. Jó elektronikus vezetőképesség és ionvezetőképesség;
5. Jó a stabilitása és bizonyos fokú kompatibilitása az elektrolitokkal;
7. Az anyagforrásnak erőforrásokban gazdagnak, alacsony árúnak, egyszerű gyártási folyamatnak kell lennie; biztonságos, zöld és szennyezésmentes.
A fenti feltételeknek megfelelő anódanyagok jelenleg alapvetően nem léteznek, így a nagy energiasűrűségű, jó biztonsági teljesítményű, alacsony árú, könnyen beszerezhető anyagokkal rendelkező új anódanyagok kutatása sürgető feladattá vált, amely szintén forró téma a lítium akkumulátor kutatás területe ebben a szakaszban.
A lítium akkumulátorok anódanyagainak feltárása és jövője
A lítium akkumulátor negatív elektródájaként grafén/cirkónium-hidrogén-foszfát (ZrP) kompozit anyagot használnak, amely képes legyőzni az akkumulátor anyagok vezetőképességét.
A rossz elektromos tulajdonságok és a súlyos térfogatnövelő hatások problémái az erős ciklusstabilitás és az erős elektromos vezetőképesség jellemzői.
1. Grafén/ZrP kompozitok lítiumtároló mechanizmusa
1. Grafén anyagok lítium tárolási viselkedése
A grafén jobb elektron- és iontranszmissziós csatornákkal rendelkezik, ami előnyös a töltési és kisülési sebesség felgyorsításában. Ha grafént negatív elektród anyagként használnak, a kémiai reakció képlete a következő:
Bár a grafén nagy Li+ diffúziós sebességgel és nagy kapacitással rendelkezik az első töltési és kisütési folyamat során, amikor negatív elektródaanyagként használják lítium akkumulátorokhoz, a grafén kapacitása gyorsan lecsökken több teljes töltési és kisütési ciklus után. és önmagában nem használható. Lítium akkumulátor anód anyaga, ennek az az oka, hogy a grafén anyag reakcióba lép a lítium akkumulátor elektrolitjával az első töltés és kisütés során, és az elektrolittal való érintkezési felület nagyobb lesz az elektromos ciklus során, ami rétegek felhalmozódásához vezet, ami visszafordíthatatlanságban és instabilitásban. A SEI film passziválása, míg az elkészített grafén a lamellás szerkezetének köszönhetően könnyen agglomerálható és felhalmozódik, ami miatt a coulombikus hatásfoka alacsony.
2. Grafén/ZrP kompozit anyagok szinergikus hatása
A cirkónium-hidrogén-foszfát és a grafén kompozitja nemcsak javíthatja az akkumulátor vezetőképességét és javíthatja a térfogattágító hatását, hanem jó lítiumtároló kapacitással is rendelkezik, és növelheti a kompozit anyag fajlagos kapacitását. Más széntartalmú anyagokkal összehasonlítva a grafén előnye a nagy fajlagos felület, a nagy mechanikai szilárdság és a jó elektromos vezetőképesség. Az SnO 2, FeSb 2 és más anyagokon végzett kutatások kimutatták, hogy a grafén bevezetése hatékonyan javíthatja elektrokémiai teljesítményét.
2. A grafén/ZrP kompozit működési elve
A grafén/cirkónium-hidrogén-foszfát kompozit anyagot szolvotermikus módszerrel állítják elő, amivel a keletkezett grafén in situ a cirkónium-hidrogén-foszfát felületéhez tapad, így cirkónium-hidrogén-foszfát és grafén kompozit anyag keletkezik. Kalcinálás után a grafén a cirkónium-hidrogén-foszfátban lehet A kristályrácsban oxigénüres helyek képződnek, ezáltal nő a hordozók és a rácshibák száma, és javul a vezetőképesség. A grafén jelenléte lehetővé teszi egy vezető hálózat kialakítását a cirkónium-hidrogén-foszfát nanorészecskék között, ami előnyös az anyag általános vezetőképességének javításában. Ugyanakkor a grafént rugalmas filmként használják a cirkónium-hidrogén-foszfát felületének bevonására, amely pufferelheti a térfogat-tágulási hatást a töltési és kisütési folyamat során.
Harmadszor, a grafén/ZrP kompozit anyagok lehetséges kilátásai
1. Az előkészítési módszer jellemzői az egyszerű és könnyű működés, erős reprodukálhatóság, alacsony költség és nem szennyezi a környezetet;
2. Az ezzel a módszerrel előállított cirkónium-hidrogén-foszfát és grafén kompozit anyagot a lítium akkumulátor negatív elektród anyagaként használják, amely képes leküzdeni az akkumulátor rossz vezetőképességének és a súlyos térfogat-tágulási hatásnak a problémáit, és erős ciklusstabilitás jellemzi. és erős vezetőképesség;
3. Mivel a grafén nagy vezetőképességgel és nagy fajlagos felülettel rendelkezik, hatékonyan javíthatja az akkumulátor kompozit anyagok vezetőképességét, ugyanakkor a grafén bevonata hatékonyan javíthatja az akkumulátor kompozit anyagok térfogat-tágító hatását és javíthatja az elektrokémiai teljesítményt. akkumulátor kompozit anyagokból.
