Materialele anodului bateriei cu litiu și viitorul
Bateria litiu-ion este o baterie secundară reîncărcabilă, care este compusă în principal din cinci părți principale: electrod pozitiv, electrod negativ, electrolit, separator și colector de curent.
Funcția principală a materialelor electrodului pozitiv și negativ este de a face ionii de litiu extrași/inserați mai liber, astfel încât să realizeze funcția de încărcare și descărcare.
În timpul procesului de încărcare, ionii de litiu sunt extrași din materialul electrodului pozitiv și introduși în materialul electrodului negativ corespunzător prin electrolit. În același timp, electronii ies din electrodul pozitiv prin circuitul extern și curg către electrodul negativ;
Când o baterie cu litiu este descărcată, ionii de litiu sunt extrași din electrodul negativ și reîncorporați în materialul electrodului pozitiv prin electrolit. În același timp, electronii curg de la electrodul negativ la electrodul pozitiv prin circuitul extern.
Care este materialul anodului bateriei cu litiu?
Materialul electrodului negativ este purtătorul de ioni de litiu și electroni în procesul de încărcare a bateriei și joacă rolul de stocare și eliberare a energiei. Este unul dintre factorii cheie care determină performanța bateriilor litiu-ion și menține siguranța bateriilor de putere.
Materialul ideal pentru electrodul negativ trebuie să aibă cel puțin următoarele 7 condiții
1. Potențialul chimic este scăzut, formând o diferență mare de potențial cu materialul electrodului pozitiv, obținând astfel o baterie de mare putere;
2. Ar trebui să aibă o capacitate specifică de ciclu mai mare;
3. Li+ trebuie introdus și extras cu ușurință în materialul electrodului negativ și are o eficiență coulombică ridicată, astfel încât să poată exista o tensiune de încărcare și descărcare relativ stabilă în timpul procesului de extracție a Li+;
4. Conductivitate electronică bună și conductivitate ionică;
5. Are stabilitate bună și un anumit grad de compatibilitate cu electroliții;
7. Sursa de materiale ar trebui să fie bogată în resurse, scăzută în preț, simplă în procesul de fabricație; sigur, verde și fără poluare.
Materialele anodice care îndeplinesc condițiile de mai sus practic nu există în prezent, așa că cercetarea asupra noilor materiale anodici cu densitate mare de energie, performanță bună de siguranță, preț scăzut și materiale ușor disponibile a devenit o sarcină urgentă, care este, de asemenea, un subiect fierbinte în domeniul cercetării bateriilor cu litiu în această etapă.
Explorarea și viitorul materialelor anodice pentru bateriile cu litiu
Materialul compozit Grafen/Zirconiu Hidrogen Fosfat (ZrP) este utilizat ca material pentru electrodul negativ al bateriei cu litiu, care poate depăși conductivitatea materialelor bateriei.
Problemele proprietăților electrice slabe și efectele serioase de dilatare a volumului au caracteristicile unei stabilități puternice a ciclului și o conductivitate electrică puternică.
1. Mecanismul de stocare cu litiu al compozitelor grafen/ZrP
1. Comportamentul la stocarea cu litiu al materialelor grafen
Grafenul are canale de transmisie de electroni și ioni mai bune, ceea ce este benefic pentru a accelera viteza de încărcare și descărcare. Când grafenul este utilizat ca material pentru electrod negativ, formula reacției chimice este următoarea:
Deși grafenul are o rată de difuzie ridicată a Li+ și are o capacitate mare în timpul primului proces de încărcare și descărcare atunci când este utilizat ca material de electrod negativ pentru bateriile cu litiu, capacitatea grafenului se va deteriora rapid după mai multe cicluri complete de încărcare și descărcare. și nu poate fi folosit singur. Materialul anodului bateriei cu litiu, acest lucru se datorează faptului că materialul grafen va reacționa cu electrolitul bateriei cu litiu în timpul primei încărcări și descărcări, iar suprafața de contact cu electrolitul va deveni mai mare în timpul ciclului electric, ceea ce va duce la acumularea de straturi, rezultând în ireversibilitate şi instabilitate. Pasivarea filmului SEI, în timp ce grafenul preparat este ușor de aglomerat și acumulat datorită structurii lamelare, ceea ce face ca eficiența sa coulombică să fie scăzută.
2. Efectul sinergic al materialelor compozite grafen/ZrP
Compozitul de hidrogen fosfat de zirconiu și grafen poate nu numai să îmbunătățească conductivitatea bateriei și să-și îmbunătățească efectul de extindere a volumului, dar are și o capacitate bună de stocare a litiului și poate crește capacitatea specifică a materialului compozit. În comparație cu alte materiale de carbon, grafenul are avantajele unei suprafețe specifice mari, rezistență mecanică ridicată și conductivitate electrică bună. Cercetările privind SnO 2, FeSb 2 și alte materiale au arătat că introducerea grafenului poate îmbunătăți eficient performanța electrochimică a acestuia.
2. Principiul de funcționare al compozitului grafen/ZrP
Materialul compozit grafen/hidrogenofosfat de zirconiu este preparat prin metoda solvotermală, care poate face ca grafenul generat să adere la suprafața hidrogenofosfatului de zirconiu in situ pentru a obține fosfat de zirconiu și material compozit grafen. După calcinare, grafenul poate fi în hidrogen fosfat de zirconiu. Se formează locuri libere de oxigen în rețeaua cristalină, crescând astfel numărul de purtători și defecte rețelei și îmbunătățind conductivitatea. Prezența grafenului permite formarea unei rețele conductoare între nanoparticulele de hidrogen fosfat de zirconiu, ceea ce este benefic pentru îmbunătățirea conductivității generale a materialului. În același timp, grafenul este folosit ca peliculă flexibilă pentru a acoperi suprafața hidrogen fosfatului de zirconiu, care poate tampona efectul de expansiune a volumului în timpul procesului de încărcare și descărcare.
În al treilea rând, perspectivele potențiale ale materialelor compozite grafen/ZrP
1. Metoda de preparare are caracteristicile de operare simplă și ușoară, reproductibilitate puternică, cost redus și fără poluare a mediului;
2. Materialul compozit de hidrogen fosfat de zirconiu și grafen preparat prin această metodă este utilizat ca material pentru electrodul negativ al bateriei cu litiu, care poate depăși problemele de conductivitate slabă a bateriei și efectul serios de expansiune a volumului și are caracteristicile unei stabilități puternice a ciclului. și conductivitate puternică;
3. Deoarece grafenul are o conductivitate ridicată și o suprafață specifică mare, poate îmbunătăți în mod eficient conductivitatea materialelor compozite ale bateriei și, în același timp, stratul de grafen poate îmbunătăți eficient efectul de expansiune a volumului materialelor compozite ale bateriei și poate îmbunătăți performanța electrochimică. din materiale compozite pentru baterii.
