Ученые совершили прорыв в литий-ионных батареях, и батареи могут стать меньше!

Насколько легка и тоньше бытовая электроника, такая как мобильные телефоны и ноутбуки, и как электромобили могут иметь больший пробег в ограниченном пространстве кузова ... по мере роста спроса на накопители энергии. К характеристикам вторичных батарей также предъявляются все более высокие требования. Нанотехнология может сделать батареи «легче» и «быстрее», но из-за низкой плотности наноматериалов «меньше» стало проблемой для научных исследователей в области хранения энергии.

«Метод серного шаблона» был предложен исследовательской группой профессора Янцюаньхуна из Института химической инженерии Тяньцзиньского университета и победителя Национального фонда выдающейся молодежи науки. Благодаря разработке материалов отрицательных электродов литий-ионных аккумуляторов с высокой плотностью энергии, графен был наконец завершен. «Пошив одежды», позволяет литий-ионным батареям быть «меньше». Результат был опубликован в Интернете 26 января на сайте «NatureComunicaTons».

Как наиболее широко используемые вторичные батареи, литий-ионные батареи имеют высокую плотность энергии. Ожидается, что неуглеродные материалы, такие как олово и кремний, заменят коммерческий графит в качестве материалов для отрицательных электродов нового поколения, что значительно увеличит удельную массу энергии (Вт · ч · кг-1) литий-ионных батарей, но их огромное расширение объема серьезно ограничивает их объемные характеристики. . Преимущество. Структура углеродного каркаса, построенная из углеродных наноматериалов, считается основным средством решения проблемы большого объемного расширения, когда неуглеродные материалы отрицательного электрода заделаны в литий; Однако в процессе строительства углеродной буферной сети часто вводится слишком много зарезервированного пространства, что приводит к значительному снижению плотности электродных материалов, что ограничивает развитие отрицательных массовых характеристик литий-ионных батарей. Таким образом, точная настройка структуры углеродного каркаса является не только важной академической проблемой, но и единственным способом индустриализации новых высокоэффективных материалов для отрицательных электродов.

Исследовательская группа профессора Янцюаньхонга совершила прорыв в разработке материалов отрицательных электродов для литий-ионных аккумуляторов с высокой плотностью энергии в сотрудничестве с Университетом Цинхуа, Национальным наноцентром и Национальным институтом исследования материалов Японии. Основываясь на сборке графенового интерфейса, исследовательская группа изобрела компактную пористую углеродную клетку. Точно настроенная технология серного шаблона. В процессе построения плотной графеновой сетки с использованием технологии капиллярного испарения они ввели серу в качестве шаблона текучего объема и настроили графеновые углеродные покрытия для неуглеродно-активных частиц. Модулируя использование серных шаблонов, можно точно регулировать трехмерную структуру углеродного каркаса из графена для достижения «подходящей» оболочки размера неуглеродных активных частиц, таким образом эффективно смягчая огромное объемное расширение лития, встроенного в неуглеродный активные частицы. В качестве отрицательного электрода литий-ионного аккумулятора он показывает отличные объемные характеристики.

Предлагается метод серного шаблона в трехмерной плотной сетке графена с умным использованием характеристик серы как «трансформаторов», аморфности и легкости удаления. Плотное покрытие из неуглеродных активных частиц, таких как наночастицы диоксида олова, осуществляется внутри углеродной каркасной структуры. По сравнению с традиционным шаблоном «формы», самым большим преимуществом серного шаблона является то, что он может играть роль пластикового объемного шаблона, так что компактная структура графеновой клетки может обеспечить подходящее зарезервированное пространство с точными и контролируемыми размерами. Наконец-то был завершен «портной» для активного диоксида олова. Этот углеродно-неуглеродный композитный электродный материал с подходящим зарезервированным пространством и высокой плотностью может обеспечить чрезвычайно высокую удельную емкость, тем самым значительно увеличивая объемную плотность энергии литий-ионных батарей и делая литий-ионные батареи меньше. Идея дизайна такого рода «портной одежды» может быть распространена на стратегию построения высокоэнергетической литий-ионной батареи следующего поколения и литий-серной батареи, воздушно-литиевой батареи и других электродных материалов.

Исследовательская группа профессора Янцюаньхонга добилась ряда важных успехов в области компактных накопителей энергии, которые подчеркивают объемные характеристики устройства за последние годы. Он изобрел стратегию уплотнения графенового геля капиллярным испарением и решил проблему высокой плотности углеродных материалов и пористости. Проблема узкого места «рыба и медвежья пальма не могут быть получены одновременно», пористые углеродные материалы высокой плотности; Стремясь к малому объему и высокой емкости устройств накопления энергии, принципы проектирования устройств накопления энергии с высокой плотностью энергии выдвигаются с учетом пяти аспектов: стратегии, метода, материала, электрода и устройства. В конце концов, из суперконденсаторов, натриево-ионных конденсаторов, литий-серных батарей и литий-воздушных батарей в литий-ионные батареи были сконструированы материалы для накопления энергии большого объема, электроды и устройства, что заложило основу для практического применения углеродных наноматериалов. Расширяется применение новых электрохимических накопителей энергии на основе углеродных наноматериалов.

Страница содержит содержимое машинного перевода.