کامپوزیت بالای کامپوزیت لیتیوم فلز آند نسل بعدی باتری ذخیره سازی انرژی با چگالی انرژی بالا است؟
گروه تحقیقاتی پروفسور ژانگ کیانگ از دپارتمان مهندسی شیمی دانشگاه تلینگهوا مقاله «آند کامپوزیت لیتیوم مبتنی بر فیبر کربن کورالوید برای باتری های فلزی لیتیوم قوی» را در مجله شناخته شده "ژول" در زمینه انرژی منتشر کردند. پیشرفت های مهمی در زمینه آندهای فلزی لیتیوم کامپوزیتی با ایمنی بالا و با ظرفیت بالا صورت گرفته است. پژوهش به عنوان مقاله جلد این شماره از جول انتخاب شد، و تصویر جلد منتشر شد.
لیتیوم فلزی ظرفیت خاص نظری بسیار بالایی دارد و کمترین پتانسیل الکترود ردوکس را دارد، بنابراین به ایده آل ترین ماده آند برای باتری های ذخیره سازی انرژی با چگالی انرژی با انرژی بعدی (باتری های لیتیوم حالت جامد نسل بعدی، باتری های لیتیوم-گوگرد، باتری های لیتیوم-هوا و غیره) تبدیل شده است. با این حال، مشکل دندریت در طول فرایند شارژ و تخلیه لیتیوم فلزی و بی پایداری فیلم رابط لیتیوم-الکترولیت به طور جدی کارایی چرخه باتری های فلزی لیتیوم را کاهش می دهد، عمر سرویس باتری را کوتاه می کند و حتی درجه خاصی از خطرات ایمنی را به همراه دارد. مانع توسعه باتری های فلزی لیتیوم.
تصویر جلد از استعاره ای برای بیان ایده طراحی «الکترود منفی فلز لیتیوم کامپوزیت» استفاده می کند. الکترود منفی فلزی لیتیوم مرکب بر اساس فیبر کربن لیتوفیلی به یک کشتی شبیه شده است که می تواند به طور قابل ملاحظه ای در «اقیانوس» لیتیوم مذاب بادبان بکشد.
به تازگی محققان تعدادی آند لیتیوم فلزی را بر اساس چارچوب های کربن هادی یا چارچوب های فلزی پیشنهاد کرده اند. با این حال بسیاری از این چارچوب ها با لیتیوم فلزی از پیش پیچیده نشده بودند، بلکه در نیمه سلول ها به عنوان جمع کننده های جریان بدون لیتیوم آزمایش شدند. چنین جمع کننده های جریان بدون لیتیوم دشوار است به طور مستقیم به سلول های کامل اعمال می شود. بنابراین، چگونگی کارآمدی فلز لیتیوم پیش مرکب به ساختار جمع کننده فعلی برای تشکیل یک آند فلزی لیتیوم کامپوزیت با کارایی بالا که می تواند به طور مستقیم به عنوان یک باتری کامل مونتاژ شود، به کانون تحقیقات تبدیل شده است.
تیم تحقیقاتی پروفسور ژانگ کیانگ از دانشگاه تسنگهوا یک الکترود منفی فلزی لیتیوم مرکب با فیبر کربنی مرجان مانند را پیشنهاد کردند که در پاسخ به تقاضای فوری الکترودهای کامپوزیتی در باتری های لیتیوم فلزی ذوب و پر از لیتیوم شد. سطح اسکلت فیبر کربن (CF) به روش آبکاری پوشش نقره به یک سطح لیتیوفیلی اصلاح می شود، به طوری که فلز لیتیوم مذاب مایع را می توان به سرعت به اسکلت فیبر کربن (CF/Ag) با پوشش نقره جذب کرد، بنابراین برای به دست آوردن عملکرد بالا آند فلزی لیتیوم کامپوزیت (CF/Ag-Li).
از یک سو، پوشش نقره می تواند هر چارچوب هادی را به یک چارچوب هادی لیتیوفیلی که می تواند لیتیوم مذاب مایع سیفون را اصلاح کند، و از سوی دیگر، می تواند بیش از حد توان رسوب لیتیوم فلزی را کاهش دهد، و ثبات چرخه عالی را در نرخ های بالا و بدون دندریت به دست آورد. Cyclic morphology of "dead lithium". از طریق مشاهده تجربی رسوب لیتیوم فلزی در جا، مشخص می شود که تشکیل دندریت ها در این ساختار مرکب دشوار است. آند فلزی لیتیوم کامپوزیت پیشنهادی را می توان به طور قابل ملاحظه ای برای بیش از 160 چرخه با قطبش بسیار کم تحت شرایط بسیار سخت 10 mAcm-2 و 10 mAhcm-2 چرخه. در مقایسه با آندهای فلزی لیتیوم معمولی، آند فلزی لیتیوم کامپوزیت می تواند در برابر چگالی جریان آرال شدید و دوچرخه سواری ظرفیت آرال مقاومت کند و ویژگی های ایمنی بالایی را نشان می دهد.
مرجان مانند فیبر کربن مذاب لیتیوم پر از کامپوزیت لیتیوم آند فلزی
الکترود لیتیوم منفی فلزی کامپوزیت به طور مستقیم با الکترود مثبت گوگرد و الکترود مثبت فسفات آهن لیتیوم مونتاژ می شود تا یک باتری لیتیوم-گوگرد و یک باتری فسفات آهن لیتیوم با عملکرد عالی تشکیل شود. باتری فسفات آهن لیتیوم آن می تواند به طور قابل ملاحظه ای برای بیش از ۵۰۰ چرخه با نرخ ۱٫۰C چرخه کند، در حالی که باتری لیتیوم-گوگرد ظرفیت تخلیه اولیه ۷۸۱mAhg-۱ را در ۰٫۵C دارد، و چرخه ای با ظرفیت بالا را برای بیش از ۴۰۰ چرخه حفظ می کند. روش لیتیوم تزریق نقره اندود اسکلت هادی این اثر را می توان به طور جهانی در طراحی و آماده سازی هر آند لیتیوم فلزی مرکب بر اساس اسکلت هادی به کار برد. لیتیوم" ظاهر چرخه، و سپس به دست آوردن عملکرد الکتروشیمیایی عالی در سیستم های باتری کامل مانند باتری های لیتیوم گوگرد، و بهبود ایمنی سیستم های ذخیره سازی انرژی است.
