تحضير المواد المركبة من السيليكون والكربون لمادة أنود بطارية ليثيوم أيون

- Feb 25, 2020-

تم استخدام بطاريات الليثيوم أيون (LIB) بشكل متزايد في أجهزة التخزين ذات السعة الكبيرة مثل المركبات الكهربائية وأجهزة تخزين الطاقة (ESS) والأجهزة المحمولة نظرًا لخصائص حياتها المستقرة وكفاءتها العالية.

يمكن استخدام الاستراتيجيات التالية لتعزيز كثافة الطاقة في LIB (Wh=kg): 1) تعديل بيانات القطب 2) تحسين تقنية الطلاء 3) تحسين تعبئة البيانات في الأنود والكاثود ، 4) تعزيز امتصاص الليثيوم معدل الكاثود. ومع ذلك ، تقتصر الطرق 2-4 بشكل عام على تحسين المساحة الداخلية والتخطيط ، وبالتالي ، يتم إجراء البحث في تكوين مواد القطب الجديد بنشاط.

حاليًا ، يعد الجرافيت المصدر الأكثر تمثيلًا للكاثودات المستخدمة في LIBS. بسبب الاتجاه أحادي المحور لطبقة الجرافين ، فإنها تُظهر سلوكًا عكسيًا للغاية لتفريغ الشحنات وبالتالي لها دورة حياة طويلة.

بالإضافة إلى ذلك ، عندما يتم شحن الجرافيت بالكامل ، أي عند وجود أيونات الليثيوم بين الطبقات ، يكون جهد القطب 0V مقابل Li=Li +. يشير هذا إلى أن الجرافيت يمكن أن يُظهر إمكانات مماثلة لتلك الموجودة في معدن Li النقي. لذلك ، يمكن الحصول على طاقة أعلى عن طريق تجميع بطارية بها كاثود من الجرافيت وأنود قائم على أكسيد.

ومع ذلك ، بالنظر إلى الطلب على البطاريات عالية السعة في ذلك الوقت ، فإن السعة النظرية المنخفضة للجرافيت (372mAh=g ، 837mAh=cm3) هي عقبة رئيسية أمام الاستخدام المستمر للجرافيت كمواد الأنود. لذلك ، من أجل تطوير بطاريات ليثيوم ثانوية عالية السعة وعالية الأداء ، من المهم تطوير مواد أنود غير كربونية.

من بين هذه المواد غير الكربونية ، يعد Si هو الأنسب لأنه يتمتع بقدرة تفريغ عالية تبلغ 4200 مللي أمبير=جم وإمكانية استجابة الليثيوم 0.4 فولت (vsLi=Li +). ومع ذلك ، واجهت Si مشكلة رئيسية ، وهي أن الحجم يتغير بشدة أثناء عملية الشحن والتفريغ ، مما يؤدي إلى ضعف الانعكاس وتآكل السعة الحساسة.

تم اقتراح العديد من الأساليب لتقليل التوسع في الحجم ، مثل استجابة مقياس النانو للجسيمات المعدنية لليثيوم ، وتكوين السبائك غير المتجانسة التي تتفاعل مع الليثيوم ، والمجمعات المعدنية النشطة=غير النشطة وسبائك الليثيوم=تكوين الكربون. 11-15)

في هذه الورشة ، نحاول التعامل مع مشكلة التمدد بالجملة في السيليكون عن طريق تكوين بيانات مركبة من السيليكون والكربون الأسود (Si-CB). يتشكل هيكل CB من خلال تجميع الجسيمات الأولية في اتجاهات مختلفة لتشكيل شبكة من الاتجاهات المختلفة والمسافات التي تشكلت في مجمع CB بسبب النمو العشوائي. 16-19)

لذلك ، في حالة توسيع الحجم ، ستعمل هذه المساحات كمخزن مؤقت لاحتواء السيليكون.

https://www.gevun.com/