Lityum pil anot malzemeleri ve gelecek
Lityum iyon pil, esas olarak beş ana bölümden oluşan şarj edilebilir ikincil bir pildir: pozitif elektrot, negatif elektrot, elektrolit, ayırıcı ve akım toplayıcı.
Pozitif ve negatif elektrot malzemelerinin ana işlevi, şarj etme ve boşaltma işlevini gerçekleştirmek için lityum iyonlarının daha serbestçe çıkarılması/takılmasıdır.
Şarj işlemi sırasında, lityum iyonları pozitif elektrot malzemesinden çıkarılır ve elektrolit aracılığıyla ilgili negatif elektrot malzemesine eklenir. Aynı zamanda, elektronlar pozitif elektrottan harici devre yoluyla dışarı akar ve negatif elektrota akar;
Bir lityum pil boşaldığında, lityum iyonları negatif elektrottan çıkarılır ve elektrolit aracılığıyla pozitif elektrot malzemesine yeniden gömülür. Aynı zamanda, elektronlar negatif elektrottan pozitif elektrota dış devre yoluyla akar.
Lityum pilin anot malzemesi nedir?
Negatif elektrot malzemesi, pil şarj işleminde lityum iyonlarının ve elektronların taşıyıcısıdır ve enerji depolama ve serbest bırakma rolünü oynar. Lityum iyon pillerin performansını belirleyen ve güç pil güvenliğinin can damarını tutan kilit faktörlerden biridir.
İdeal negatif elektrot malzemesi en az aşağıdaki 7 koşula sahip olmalıdır
1. Kimyasal potansiyel düşüktür, pozitif elektrot malzemesi ile büyük bir potansiyel farkı oluşturur, böylece yüksek güçlü bir pil elde edilir;
2. Daha yüksek bir spesifik çevrim kapasitesine sahip olmalıdır;
3. Li+, negatif elektrot malzemesine kolayca yerleştirilmeli ve çıkarılmalıdır ve yüksek kulombik verimliliğe sahiptir, böylece Li+ ekstraksiyon işlemi sırasında nispeten kararlı bir şarj ve deşarj voltajı olabilir;
4. İyi elektronik iletkenlik ve iyon iletkenliği;
5. İyi bir stabiliteye ve elektrolitlerle belirli bir derecede uyumluluğa sahiptir;
7. Malzemelerin kaynağı, kaynaklar açısından zengin, fiyatı düşük, üretim sürecinde basit olmalıdır; güvenli, yeşil ve kirlilik içermez.
Yukarıdaki koşulları sağlayan anot malzemeleri temelde şu anda mevcut değildir, bu nedenle yüksek enerji yoğunluğu, iyi güvenlik performansı, düşük fiyat ve kolay temin edilebilir malzemelere sahip yeni anot malzemelerinin araştırılması acil bir görev haline geldi ve bu da aynı zamanda sıcak bir konu haline geldi. Bu aşamada lityum pil araştırma alanı.
Lityum piller için anot malzemelerinin keşfi ve geleceği
Grafen/Zirkonyum Hidrojen Fosfat (ZrP) kompozit malzeme, pil malzemelerinin iletkenliğinin üstesinden gelebilen lityum pilin negatif elektrot malzemesi olarak kullanılır.
Zayıf elektriksel özellikler ve ciddi hacim genişleme etkileri sorunları, güçlü döngü kararlılığı ve güçlü elektriksel iletkenlik özelliklerine sahiptir.
1. Grafen/ZrP kompozitlerinin lityum depolama mekanizması
1. Grafen malzemelerin lityum depolama davranışı
Grafen, daha iyi elektron ve iyon iletim kanallarına sahiptir, bu da şarj ve deşarj oranını hızlandırmak için faydalıdır. Negatif elektrot malzemesi olarak grafen kullanıldığında, kimyasal reaksiyon formülü aşağıdaki gibidir:
Grafenin yüksek bir Li+ difüzyon hızına sahip olmasına ve lityum piller için negatif elektrot malzemesi olarak kullanıldığında ilk şarj ve deşarj işlemi sırasında yüksek bir kapasiteye sahip olmasına rağmen, grafenin kapasitesi birkaç tam şarj ve deşarj döngüsünden sonra hızla azalacaktır. ve tek başına kullanılamaz. Lityum pil anot malzemesi, bunun nedeni, grafen malzemesinin ilk şarj ve deşarj sırasında lityum pil elektroliti ile reaksiyona girmesi ve elektrik döngüsü sırasında elektrolit ile temas yüzeyinin daha büyük hale gelmesi ve bu da katmanların birikmesine yol açmasıdır. tersinmezlik ve istikrarsızlık içinde. SEI filminin pasivasyonu, hazırlanan grafenin lamel yapısı nedeniyle topaklaşması ve birikmesi kolaydır, bu da kulombik verimini düşürür.
2. Grafen/ZrP kompozit malzemelerin sinerjik etkisi
Zirkonyum hidrojen fosfat ve grafenden oluşan kompozit, pilin iletkenliğini ve hacim genişletme etkisini iyileştirmekle kalmaz, aynı zamanda iyi bir lityum depolama kapasitesine sahiptir ve kompozit malzemenin spesifik kapasitesini artırabilir. Diğer karbon malzemelerle karşılaştırıldığında, grafen geniş spesifik yüzey alanı, yüksek mekanik mukavemet ve iyi elektriksel iletkenlik avantajlarına sahiptir. SnO 2, FeSb 2 ve diğer malzemeler üzerinde yapılan araştırmalar, grafenin eklenmesinin elektrokimyasal performansını etkili bir şekilde iyileştirebileceğini göstermiştir.
2. Grafen/ZrP kompozitinin çalışma prensibi
Grafen/zirkonyum hidrojen fosfat kompozit malzemesi, zirkonyum hidrojen fosfat ve grafen kompozit malzeme elde etmek için üretilen grafenin zirkonyum hidrojen fosfat yüzeyine yerinde yapışmasını sağlayan solvotermal yöntemle hazırlanır. Kalsinasyondan sonra, grafen zirkonyum hidrojen fosfat içinde olabilir Kristal kafeste oksijen boşlukları oluşur, böylece taşıyıcıların ve kafes kusurlarının sayısı artar ve iletkenlik iyileştirilir. Grafenin varlığı, zirkonyum hidrojen fosfat nanoparçacıkları arasında, malzemenin genel iletkenliğini geliştirmek için faydalı olan iletken bir ağ oluşumunu sağlar. Aynı zamanda, grafen, doldurma ve boşaltma işlemi sırasında hacim genişleme etkisini tamponlayabilen zirkonyum hidrojen fosfatın yüzeyini kaplamak için esnek bir film olarak kullanılır.
Üçüncüsü, grafen/ZrP kompozit malzemelerin potansiyel beklentileri
1. Hazırlama yöntemi, basit ve kolay kullanım, güçlü tekrarlanabilirlik, düşük maliyet ve çevre kirliliği olmaması özelliklerine sahiptir;
2. Bu yöntemle hazırlanan zirkonyum hidrojen fosfat ve grafenin kompozit malzemesi, lityum pilin negatif elektrot malzemesi olarak kullanılır; bu, zayıf pil iletkenliği ve ciddi hacim genişleme etkisi sorunlarının üstesinden gelebilir ve güçlü döngü kararlılığı özelliklerine sahiptir. ve güçlü iletkenlik;
3. Grafen yüksek iletkenliğe ve geniş spesifik yüzey alanına sahip olduğundan, pil kompozit malzemelerinin iletkenliğini etkili bir şekilde artırabilir ve aynı zamanda grafen kaplama, pil kompozit malzemelerinin hacim genişletme etkisini etkili bir şekilde iyileştirebilir ve elektrokimyasal performansı iyileştirebilir. pil kompozit malzemeler.
