تهیه مواد کامپوزیت سیلیکون-کربن برای مواد آند باتری یون

تهیه مواد کامپوزیت سیلیکون-کربن برای ماده آند باتری یون

باتری های لیتیوم یونی (LIB) به دلیل ویژگی های پایدار عمر و راندمان بالا به طور فزاینده ای در دستگاه های ذخیره سازی با ظرفیت بزرگ مانند وسایل نقلیه الکتریکی و دستگاه های ذخیره انرژی (ESS) و دستگاه های تلفن همراه مورد استفاده قرار می گیرند.

برای پیشبرد چگالی انرژی LIB (Wh = kg) می توانید از استراتژی های زیر استفاده کنید: 1) اصلاح داده های الکترود 2) بهبود فن آوری پوشش 3) بهبود داده های پر شده در آند و کاتد ، 4) پیشرفت جذب لیتیوم میزان کاتد. با این حال ، روش های 2-4 به طور کلی محدود بهینه سازی فضای داخلی و برنامه ریزی می شوند ، بنابراین ، تحقیقات در مورد ترکیب مواد الکترود جدید به طور فعال انجام می شود.

در حال حاضر ، نماینده ترین منبع کاتدهای مورد استفاده در LIBS ، گرافیت است. به دلیل جهت یابی تک محوره ای از لایه گرافن ، یک رفتار بارگیری تخلیه شده بسیار برگشت پذیر را نشان می دهد و بنابراین دارای چرخه طولانی است.

علاوه بر این ، هنگامی که گرافیت کاملاً شارژ می شود ، یعنی وقتی یون های لیتیوم بین لایه ها حضور دارند ، پتانسیل الکترود 0V در مقابل Li = Li + است. این نشان می دهد که گرافیت می تواند یک پتانسیل مشابه فلز خالص لی را به نمایش بگذارد. بنابراین ، با مونتاژ یک باتری با یک کاتد گرافیتی و یک آند مبتنی بر اکسید می توان انرژی بیشتری را بدست آورد.

با این حال ، با توجه به تقاضا برای باتری های با ظرفیت بالا در آن زمان ، ظرفیت نظری پایین گرافیت (372mAh = g ، 837mAh = cm3) یک مانع اساسی در استفاده مداوم از گرافیت به عنوان ماده آند است. بنابراین ، برای تولید باتری های ثانویه لیتیوم با ظرفیت بالا ، با کارایی بالا ، تهیه مواد آند غیر کربنی مهم است.

در بین این مواد غیر کربن ، Si مناسب ترین است زیرا ظرفیت تخلیه بالایی برابر با 4200mAh = g و پتانسیل پاسخ لیتیوم 0.4V (vsLi = Li +) دارد. با این حال ، سی با یک مشکل اساسی روبرو شده است ، یعنی تغییر حجم در طی فرآیند شارژ و تخلیه به شدت تغییر می یابد و در نتیجه برگشت پذیری ضعیف و پوسیدگی ظرفیت حساس ایجاد می شود.

روشهای بیشماری برای کاهش حجم حجم ارائه شده است ، مانند پاسخ مقیاس نانو ذرات فلزی به لیتیوم ، ترکیب آلیاژهای ناهمگن که با لیتیوم واکنش نشان می دهند ، و مجتمع های فلزی غیرفعال فعال و آلیاژ لیتیوم = ترکیب کربن. 11-15)

در این کارگاه ، ما با تهیه داده های کامپوزیت سیلیکون-کربن سیاه (Si-CB) با مشکل انبساط فله در سیلیکون مقابله می کنیم. ساختار CB با تجمع ذرات اولیه در جهات مختلف تشکیل می شود تا شبکه ای از جهت ها و فضاهای مختلف تشکیل شده در کل CB به دلیل رشد تصادفی تشکیل شود. 16-19)

بنابراین ، در صورت گسترش حجم ، از این فضاها به عنوان یک بافر برای مهار سیلیکون استفاده می شود