Yüksek güvenlikli kompozit lityum metal anot, yeni nesil yüksek enerji yoğunluklu enerji depolama pili mi?
Tsinghua Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümü'nden Profesör Zhang Qiang'ın araştırma grubu, enerji alanındaki tanınmış "Joule" dergisinde "Sağlam Lityum Metal Piller için Coralloid Karbon Fiber Bazlı Kompozit Lityum Anot" makalesini yayınladı. Yüksek güvenlikli ve yüksek kapasiteli kompozit lityum metal anotlar alanında önemli ilerlemeler kaydedildi. Araştırma, Joule'un bu sayısının kapak makalesi olarak seçildi ve kapak resmi yayınlandı.
Metal lityum son derece yüksek teorik spesifik kapasiteye ve en düşük redoks elektrot potansiyeline sahiptir, bu nedenle yeni nesil yüksek enerji yoğunluklu enerji depolama pilleri (yeni nesil katı hal lityum piller, lityum-kükürt piller, lityum-hava pilleri vb.) için en ideal anot malzemesi haline gelmiştir. Bununla birlikte, metal lityumun şarj ve boşaltma işlemi sırasındaki dendrit sorunu ve lityum elektrolit arayüz filminin kararsızlığı lityum metal pillerin çevrim verimliliğini ciddi şekilde azaltır, pilin kullanım ömrünü kısaltır ve hatta belirli bir güvenlik tehlikesi getirir. lityum metal pillerin gelişimini engelleyin.
Kapak resminde "kompozit lityum metal negatif elektrot" tasarım fikrini ifade etmek için bir metafor kullanır. Litiyaofilik karbon fibere dayanan kompozit lityum metal negatif elektrot, erimiş lityumun "okyanusunda" durarak yelken açabilen bir gemiye benzetilir.
Son zamanlarda, araştırmacılar iletken karbon çerçevelerine veya metal çerçevelere dayanan bir dizi metalik lityum anot önermektedir. Bununla birlikte, bu çerçevelerin çoğu metalik lityum ile önceden karmaşık değildi, ancak lityum içermeyen akım toplayıcıları olarak yarım hücrelerde test edildi. Bu tür lityum içermeyen akım toplayıcılarının doğrudan tam hücrelere uygulanması zordur. Bu nedenle, lityum metalin mevcut kollektör yapısına verimli bir şekilde nasıl önceden monte edilerek doğrudan tam bir bataryaya monte edilebilen yüksek performanslı bir kompozit lityum metal anot oluşturulacağı araştırmanın odak noktası haline gelmiştir.
Lityum metal pillerdeki kompozit elektrotlara olan acil talebe yanıt olarak, Tsinghua Üniversitesi'nden Profesör Zhang Qiang'ın araştırma ekibi, mercan benzeri karbon fiber erimiş lityum içeren kompozit bir lityum metal negatif elektrot önerdi. Karbon fiber iskeletin (CF) yüzeyi, elektroliz gümüş kaplama yöntemiyle litofilik bir yüzeye dönüştürülür, böylece sıvı erimiş lityum metal, yüksek performanslı kompozit lityum metal anot (CF/ Ag-Li) elde etmek için, gümüş kaplama ile karbon fiber iskeletine (CF / Ag) hızlı bir şekilde emilebilir.
Bir yandan, gümüş kaplama herhangi bir iletken çerçeveyi sıvı erimiş lityumu sifonlayabilen lityofilik iletken bir çerçeveye dönüştürebilir. "Ölü lityum" un döngüsel morfolojisi. Yerinde metalik lityum birikiminin deneysel gözlemi ile bu kompozit yapıda dendrit oluşturmanın zor olduğu bulunmuştur. Önerilen kompozit lityum metal anot, 10 mAcm-2 ve 10 mAhcm-2 gibi son derece zorlu koşullar altında çok düşük polarizasyon ile 160'tan fazla döngü için bıçaklanabilir. Geleneksel lityum metal anotlarla karşılaştırıldığında, kompozit lityum metal anot, yüksek güvenlik özellikleri gösteren aşırı areal akım yoğunluğuna ve areal kapasite döngüsüne dayanabilir.
Mercan benzeri karbon fiber erimiş lityum dolgulu kompozit lityum metal anot
Kompozit metal lityum negatif elektrot, kükürt pozitif elektrot ve lityum demir fosfat pozitif elektrot ile doğrudan birleştirilerek lityum-kükürt pili ve mükemmel performansa sahip bir lityum demir fosfat pili oluşturulur. Lityum demir fosfat pili 1.0C hızında 500'den fazla döngü boyunca kararlı bir şekilde döngü yapabilirken, lityum-kükürt pili 0.5C'de 781mAhg-1 başlangıç deşarj kapasitesine sahiptir ve 400'den fazla döngü boyunca yüksek kapasiteli bir döngü sağlar. Bu çalışmanın iletken iskelet gümüş kaplama lityum enjeksiyon yöntemi, iletken iskelete dayanan herhangi bir kompozit metal lityum anot tasarımına ve hazırlanmasına evrensel olarak uygulanabilir. Lityum" döngüsü görünümü ve daha sonra lityum-kükürt piller gibi tam pil sistemlerinde mükemmel elektrokimyasal performans elde edin ve enerji depolama sistemlerinin güvenliğini artırın.
