22 лет персонализации аккумуляторов
Aug 30, 2023 Вид страницы：257
Производительность литий-ионных батарей в качестве накопителя энергии зависит от материалов анода и катода, использованных при их разработке. По химическому составу анодные материалы для литий-ионных аккумуляторов подразделяются на следующие категории:
1. Графитовые аноды. Графит обычно используется в коммерческих литий-ионных батареях. Он имеет слоистую структуру, позволяющую интеркалировать ионы лития между слоями во время процессов зарядки и разрядки.
2. Оксиды переходных металлов. Оксиды переходных металлов, исследованные в качестве анодных материалов, включают диоксид титана (TiO2) и оксид олова (SnO2).
3. Аноды на основе кремния. Теоретическая способность кремния сохранять ионы лития высока, что делает его хорошей альтернативой графиту. Во время извлечения и введения лития объем сжатия и расширения, испытываемый кремнием, является значительным, что приводит к плохой циклической стабильности.
4. Литий-металлические аноды. Металлический литий является многообещающим анодным материалом, поскольку он имеет самый низкий электродный потенциал и самую высокую теоретическую емкость. Это связано с ограничением возможных коротких замыканий и, следовательно, угроз безопасности из-за образования дендритных отложений лития.
5. Другие аноды из сплавов — для улучшения стабильности цикла и смягчения изменений объема может помочь легирование. Потенциальные сплавы, используемые в качестве анодных материалов, включают сплавы на основе германия (Ge-Si) и сплавы на основе олова (Sn-C, Sn-Co).
Характеристики анодных материалов литиевых батарей.
Емкость - чем выше емкость анодных материалов, тем больше энергии они могут хранить, в результате чего получаются батареи с высокой плотностью энергии.
Циклическая стабильность — это способность анодного материала выдерживать повторяющиеся циклы зарядки и разрядки без возможности значительного ухудшения качества.
Скорость — это важно, когда приложения требуют быстрой зарядки и разрядки.
Безопасные анодные материалы, менее подверженные нестабильности и менее склонные к образованию дендритов, повышают безопасность эксплуатации аккумуляторов.
Изменения объема — во время введения и извлечения лития материалы с минимальным объемным расширением и сжатием, скорее всего, сохранят свою структурную целостность в течение циклов зарядки.
Проводимость – эффективность транспортировки ионов внутри электрода обеспечивается высокой ионной и электронной проводимостью.
Отрицательный электрод на основе углерода?
«Материалы на основе углерода используются в качестве анодов (отрицательных электродов) в литий-ионных батареях для обеспечения низкой стоимости, стабильности и возможности интеркаляции ионов лития. Самый распространенный материал – графит.
1. Графитовые аноды. Графит является широко используемым анодным материалом, поскольку он имеет ряд преимуществ в литий-ионных батареях. Преимущества включают в себя; хорошая циклическая устойчивость, относительно безопасность по сравнению с другими материалами, экономическая эффективность, поскольку графит распространен в изобилии и стоит недорого, а также хорошо зарекомендовавшая себя технология внедрения графита в линии по производству аккумуляторов. Однако существуют ограничения, связанные с графитовыми анодами, в том числе ограниченная емкость по сравнению с такими материалами, как кремний, и скорость, что означает, что они могут быть неспособны выдерживать высокие циклы быстрой зарядки и разрядки.
2. Другие аноды на основе углерода. Исследователи исследовали несколько материалов на основе углерода, помимо графита, для улучшения характеристик анода.
Кремний-графитовые композиты: сочетание графита с кремнием — хороший способ использовать высокую емкость кремния, одновременно смягчая изменения объема за счет использования структуры графита.
Графен: графен представляет собой один слой, содержащий атомы углерода, расположенные в гексагональной решетке. Это хороший кандидат для использования в качестве анодного материала из-за его электропроводности и большой площади поверхности.
Углеродные нанотрубки состоят из скрученных листов графена и обладают высокой механической прочностью и электропроводностью, улучшая характеристики анода.
Твердый углерод хранит большее количество лития, чем графит, и может достигать более высокой производительности, хотя и страдает от более низкой проводимости.
Неграфитовые углеродные материалы
Было обнаружено, что некоторые неграфитовые материалы обладают уникальными свойствами и используются в качестве анодных материалов для литий-ионных батарей. Они обладают лучшими эксплуатационными характеристиками, чем графит, и исследования продолжают улучшать их циклическую стабильность и плотность энергии. К неграфитовым материалам относятся;
1.Углеродные нанотрубки представляют собой цилиндрические структуры из графеновых материалов с высокой механической прочностью, электропроводностью и большой площадью поверхности.?
2.Углеродные нановолокна представляют собой форму углерода с волокнистой морфологией, аналогичной углеродным нанотрубкам. Их электропроводность хорошая, а транспортировка ионов лития эффективна.
3. Твердый углерод: они получаются из определенных полимеров или биомассы и имеют аморфную структуру. Их структура допускает интеркаляцию литий-ионов; по сравнению с графитом, они хранят больше лития.
4.Углеродные микросферы: эти сферические углеродные частицы обладают хорошей емкостью хранения, поскольку их морфология четко определена.
5.Мезопористый углерод: четко выраженные поры и большая площадь поверхности обеспечивают достаточно места для хранения литий-ионных аккумуляторов, что обеспечивает эффективную диффузию и надлежащую работу батареи.
6. Активированный уголь: они характеризуются пористой природой и большой площадью поверхности, что обеспечивает хорошее обратимое хранение ионов лития, что делает их хорошим выбором там, где скорость имеет решающее значение.
7. Углерод-кремниевые композиты: углерод обеспечивает улучшенную проводимость и механическую поддержку композита, поскольку сочетание углерода и кремния смягчает проблемы со стабильностью и изменением объема.
Отрицательный электрод без углерода
Яркие примеры материалов, не содержащих углерода, которые были исследованы в качестве анодов, включают:
1. Аноды на основе кремния: теоретическая способность кремния сохранять ионы лития высока, что делает его хорошей альтернативой графиту. Во время извлечения и введения лития объем сжатия и расширения, испытываемый кремнием, является значительным, что приводит к плохой циклической стабильности.
2. Металлооксидные аноды включают оксид железа (Fe3O4) и оксид олова (SnO2), среди других, которые обладают высокой производительностью, но имеют проблемы со стабильностью при циклическом использовании и плохой проводимостью.
3. Литий-металлические аноды: металлический литий имеет самый низкий электродный потенциал и самую высокую теоретическую емкость, что делает его хорошим выбором для анодов. Однако ограничения включают угрозу безопасности из-за коротких замыканий во время езды на велосипеде.
4. Аноды из сплавов: материалы из сплавов помогают смягчить изменения объема во время введения и извлечения лития. Они включают сплавы на основе кремния и стабильность баланса, скорость и емкость.
5. Аноды на основе серы: сера недорогая, относительно распространена и имеет высокую теоретическую емкость. Активным материалом анода в литий-серных батареях является сера.
6.Органические аноды: некоторые органические соединения, такие как различные молекулы на основе углерода, были исследованы в качестве анодных материалов.
Заключение
Конкретные требования применения определяют выбор материала анода, который будет использоваться. Факторы, которые следует учитывать, включают стоимость, стабильность езды на велосипеде, плотность энергии и безопасность. Исследования и новые разработки продолжаются в этой области, поскольку они изучают новые материалы, стремясь уточнить и смягчить существующие проблемы. Факторы, которые следует учитывать при разработке анодов на основе углерода, включают емкость и стабильность, архитектуру электродов, композитные подходы, современное производство и совместимость электролитов.
Оставить сообщение
Мы скоро свяжемся с вами
