Краткое описание материала дублирующего хранилища литиевых батарей

В течение многих лет в литий-ионных батареях массового производства использовались графит и медь в качестве анодов. В течение многих лет исследователи искали альтернативные материалы, которые могли бы преодолеть ограничения этих материалов, включая высокую стоимость производства и ограниченную емкость хранения (например, кремний может хранить в 10 раз больше энергии, хотя это создает еще ряд проблем).

Создание анода тока - трудоемкий многоступенчатый процесс, при котором графит покрывается медной фольгой. Однако, как объясняет Карл Кредер, ученый-материаловед из Техасского университета в Остине и ведущий автор нового исследования, с точки зрения производственных процессов и самой батареи, это может привести к неэффективности.

Кредер сказал: «Таким образом, активный материал (графит) окрашен поверх инертного коллектора (медь). Это увеличивает объем системы и качество неактивных материалов. Комбинируя коллектор и активные материалы, можно получить активные материалы с большей емкостью. может использоваться при использовании менее неактивных материалов для сбора тока ».

Кредер и его команда достигли этого с помощью упрощенного метода производства, который устранил громоздкий процесс нанесения покрытия. Когда олово отливают в блок, олово может быть непосредственно добавлено к алюминию с образованием сплава, который затем может быть механически прокатан (относительно недорогие и обычные процессы металлургического легирования) в наноструктурированную металлическую фольгу. На заключительном этапе частицы в материале уменьшаются, что очень важно.

Кредер объяснил: «олово можно сплавить с литием. К сожалению, если используется оловянная фольга или даже частицы олова микронного размера, олово будет разрушаться, когда оно легировано литием из-за объемного расширения, что означает, что если оно большое, Из оловянных гранул получаются батареи, способные выдержать только десятки циклов заряда и разряда, но если образуются наноразмерные частицы олова, они не будут расщепляться во время легирования ».

Исследователи назвали этот материал анодом из кросс-эвтектического сплава (IdEA). Они думают, что толщина материала составляет лишь четверть толщины традиционного анодного материала, а вес - только половину от традиционного материала. Они проверили материал анода в небольших литий-ионных батареях, а затем зарядили и разрядили его, чтобы измерить производительность. Они обнаружили, что анод в два раза больше аккумулирует электричество, чем обычный медно-графитовый анод.

Кредер сказал: «Причина этого очень хорошая, один из элементов активен, олово, другой инертен, алюминий». Алюминий создает проводящую матрицу, в которой остается олово, а алюминий обеспечивает структуру и проводимость, в то время как сплавы олова и расплав лития во время цикла батареи.

«Очень интересно иметь возможность разработать дешевый, масштабируемый процесс изготовления электродных наноматериалов», - сказал Араугам Мантирам, директор Техасского института материалов, один из руководителей группы. Наши результаты показывают, что этот материал оказался успешным с точки зрения показателей производительности, необходимых для коммерциализации литий-ионных батарей. "

Результаты исследования опубликованы в журнале ACSENEY LETTERS.

Страница содержит содержимое машинного перевода.