Подходят ли графеновые проводники для литий-ионных аккумуляторов для хранения энергии?

Как суперматериал с превосходными электрохимическими и механическими свойствами, он привлек широкое внимание. В 2015 году генеральный секретарь Си Цзиньпин посетил Национальный институт графита Манчестерского университета в Соединенном Королевстве во время своего визита в Соединенное Королевство. Позже компания объявила, что вложит миллионы фунтов стерлингов в исследование с Институтом будущего применения графена в информационных и коммуникационных технологиях. На внутреннем рынке A-акций также возникла буря концептуальных спекуляций по поводу графеновых материалов. Все акции, связанные с концепцией графена, резко выросли, и многие производители аккумуляторов заявили, что они разработали «первую в мире графеновую батарею». Хотя это дымовые шашки, выпущенные производителями аккумуляторов, они также привлекли внимание всех и привлекли внимание всеобщее внимание.

Фактически, большинство графеновых батарей используют только небольшое количество графена в качестве проводящего агента для литий-ионных батарей, добавляя менее 1%, и это, по сути, литий-ионная батарея. Это всего лишь рекламный ход с графеном. Графеновые батареи Huawei.Просто используя графен в качестве средства отвода тепла для литий-ионных аккумуляторов, чтобы повысить способность литий-ионных аккумуляторов работать при высоких температурах, графен не участвует в электрохимических реакциях внутри литий-ионных аккумуляторов. Строго говоря, это можно назвать только литий-ионными батареями с усиленным графеном.

Фактически, при существующих технических возможностях, с учетом ограничений стоимости и других факторов, графен в настоящее время в основном используется в качестве проводящего агента и вспомогательного метода отвода тепла для литий-ионных аккумуляторов. Традиционные проводники литий-ионных аккумуляторов, такие как технический углерод SP, углеродное волокно VGCF и т. Д., Контактируют с активными веществами, что ограничивает использование проводящих свойств и увеличивает количество добавляемых проводящих агентов. Вместо этого графен представляет собой чешуйчатую структуру. Контакт с активным материалом является точечным контактом. Он может максимизировать роль проводящих агентов, уменьшить количество проводящих агентов и увеличить плотность энергии литий-ионных батарей, но лучший материал Есть также недостатки, чешуйчатая структура графена, он будет препятствовать диффузии ионов лития. При большой плотности рабочего тока диффузионный импеданс Li + будет увеличиваться, что приведет к снижению производительности умножителя батареи. Сегодня небольшой редактор собрал всех желающих проанализировать преимущества и недостатки графена как проводящего агента для литий-ионных батарей.

Преподаватель Янцюаньхун из Тяньцзиньского университета - старший научный сотрудник графеновой индустрии. В статье, опубликованной в Nano Energy в 2012 году, он изучил преимущества и недостатки графена как проводящего агента для литий-ионных аккумуляторов. В исследовании г-жи Ян использовалась коммерческая квадратная литий-ионная батарея 10 Ач LiFePO4 / графит. Исследования показали, что замена традиционных проводящих агентов в литий-ионных аккумуляторах небольшим количеством (1%) графена может не только увеличить долю химических веществ, но и значительно снизить импеданс литий-ионных аккумуляторов, но за счет графена. , Это создаст большое препятствие для быстрой диффузии Li +, поэтому он заряжается и разряжается при высоких токах (& GT; Когда 3C), это вызовет большую поляризацию литий-ионных аккумуляторов и повлияет на разрядную емкость литий-ионных аккумуляторов. батареи. Это исследование показывает, что графен подходит для применения в качестве проводящего агента в некоторых случаях, когда степень заряда и разряда литий-ионных аккумуляторов невысока. Добавление графена может значительно увеличить долю активных веществ, снизить импеданс электрода и увеличить удельную энергию литий-ионных батарей. Однако некоторые графен не подходят для использования в аккумуляторных батареях (скорость удвоения заряда и разряда & GT; 3C ) в качестве проводящего агента.

В ходе эксперимента команда Янцюаньхуна произвела два типа батарей, одна из которых была обычной батареей контрольной группы, с использованием 7% технического углерода и 3% проводящего графита. Экспериментальная группа использовала 1% графена и 1% технического углерода. Как проводящий агент. Результаты испытаний показывают, что при одинаковом количестве покрытия емкость батареи экспериментальной группы, использующей графен (зарядка и разряд 0,5 ° C), значительно выше, чем у батареи контрольной группы, а циклические свойства двух аналогичны, что указывает на этот графен может быть построен. Более эффективная проводящая сеть. Чтобы уменьшить количество проводящих агентов, увеличьте емкость литий-ионных аккумуляторов (10%), уменьшите поляризацию аккумуляторов и увеличьте удельную энергию аккумуляторов.

В последующем эксперименте по удвоению было обнаружено, что графеновая проводящая батарея в экспериментальной группе имела более высокую емкость и меньшую поляризацию, чем батарея контрольной группы при скоростях заряда и разряда 0,5 ° C, 1 ° C и 2 ° C. Однако, когда скорость удвоения заряда и разряда была увеличена до 3C, емкость батареи в экспериментальной группе быстро упала ниже 4Ah, в то время как емкость батареи в контрольной группе осталась на уровне около 9Ah, а скорость удвоения разряда продолжала увеличиваться до 4C. . Графеновая проводящая батарея из-за слишком сильной поляризации, разряд был невозможен, но контрольная группа была относительно стабильной.

Анализ EIS показал, что омический импеданс добавленных графеновых батарей экспериментальной группы был значительно ниже, чем у батарей контрольной группы. В основном это было связано с тем, что чешуйчатая структура графена могла образовывать хороший контакт с частицами активного материала и снижать контактное сопротивление. Однако при высокочастотном импедансе перезарядки батареи экспериментальной группы были значительно выше, чем батареи контрольной группы, что указывает на то, что добавление графена влияет на диффузию Li + внутри электрода. Результаты моделирования показывают, что главным образом из-за того, что чешуйчатая структура графена препятствует диффузии Li +, что приводит к увеличению пути распространения Li +, что приводит к увеличению поляризации литий-ионной батареи с добавлением графена в большом токе, что приводит к разрядке аккумулятора. Отклонить. Традиционные материалы, такие как технический углерод, проводящее углеродное волокно и проводящий графит, имеют малое поперечное сечение, поэтому они имеют меньше препятствий для диффузии Li + и мало влияют на характеристики разряда большим током в литий-ионных батареях.

Исследование показывает, что хотя графен в качестве проводящего агента может значительно увеличить проводимость электрода, уменьшить количество проводящего агента и увеличить плотность энергии литий-ионных батарей, не все литий-ионные батареи подходят для использования графена в качестве проводящего агента. ., В некоторых областях, где потребность в токах заряда и разряда невысока, таких как накопители энергии, электронное оборудование и т. Д., Рабочий ток невелик, и он подходит для замены традиционных проводящих агентов графеном. Однако в некоторых областях, где требуются высокие токи зарядки и разрядки, таких как мощные батареи, силовые батареи и т. Д., Графен будет вызывать усиление поляризации литий-ионных батарей в условиях сильного тока и не подходит для графена в качестве проводящий агент.

Страница содержит содержимое машинного перевода.