Pramonės naujienos

Nauja dengimo technologija pritaikoma naujos kartos ličio baterijų anoduose

2022-04-15

Lisa Zyga, Phys.org


(Phys.org)âKai Jeruzalės hebrajų universiteto aplinkos chemijos ir sveikatos profesorius Ovadia Levas ir jo tyrimų grupė prieš keletą metų sukūrė naują dengimo technologiją, jie manė, kad tai buvo įdomus jų tyrimų rezultatas. vandenilio peroksido tirpalai. Tačiau jie nebuvo tikri, ką su juo daryti, kol nesusitiko su tyrėjų komanda, ieškančia paprasto būdo, kaip sintetinti naujas ličio jonų baterijų anodo medžiagas, tokias kaip grafeno ir alavo oksido kompozitai.

„Jau keletą metų mano laboratorija, bendradarbiaudama su mano buvusiu doktorantūru ir dabartiniu mokslinių tyrimų partneriu dr. Petru Prikhodčenko, tyrinėja sol-gelio chemiją tirpaluose, kuriuose gausu vandenilio peroksido“, – Phys.org pasakojo Levas. "Vienas iš šio tyrimo rezultatų buvo kietųjų dalelių padengimo nanometriniais metalo oksido taškais technologija. Pradėjome ieškoti patrauklios demonstracinės programos, kuri atskleistų mūsų dengimo procedūros pranašumus. Tam tikra prasme turėjome vaistą ir buvome ieško tinkamos ligos.

„Tada mano laboratorija įsitraukė į Izraelio ir Singapūro bendradarbiavimą, remiamą Singapūro nacionalinio tyrimų fondo pagal savo programą CREATE: nanomedžiagos energijai ir vandens tvarkymui, o mūsų Singapūro partneriai greitai suprato, kad ličio jonų baterijų anodai gali būti labai naudingi. mūsų kietųjų dalelių dangos metodo lankstumas ir paprastumas.

Baterijų tyrinėtojai mano, kad grafeno ir alavo oksidas yra patrauklus kaip anodo medžiaga ličio jonų akumuliatoriuose dėl trijų pagrindinių priežasčių: jis turi didelę teorinę įkrovimo talpą, grafeno laidumą yra didelis, o grafeno oksido ir alavo oksido nanokristalai yra glaudžiai susiję.

Problema ta, kad šių kompozitų sintezė, kai ant grafeno oksido lakšto padengiamas itin plonas alavo oksido nanokristalų sluoksnis, anksčiau buvo brangus aukštos temperatūros procesas. Tačiau naudojant naują dengimo technologiją, mokslininkai nustatė, kad jie gali susintetinti grafeno ir alavo oksido kompozitus kambario temperatūroje, be sudėtingos infrastruktūros, mažesnėmis sąnaudomis ir aplinkai nekenksmingu būdu.

Levas, Prikhodchenko ir jų bendraautoriai iš Izraelio, Rusijos ir Singapūro institucijų paskelbė savo tyrimą apie patobulintą sintezės metodą naujausiame Nanotechnologijų numeryje.

Kaip aiškina mokslininkai, naujoji kietųjų dalelių dengimo technologija naudoja vandenilio peroksidą, kad paskatintų alavo oksido nanokristalų susidarymą ir nusodinimą ant grafeno oksido. Ankstesniame tyrime mokslininkai nustatė, kad vandenilio peroksidas skatina alavo oksido dangos susidarymą pasitelkdamas keletą cheminių mechanizmų, pavyzdžiui, skatindamas ryšį ir užkertant kelią dalelių agregacijai.

Naudodami šią dengimo techniką, čia mokslininkai pasiekė vidutinį alavo oksido nanokristalų dydį tik 2,5 nm, o tai yra žymiai mažesnis nei anksčiau pasiektas 4 nm dydis. Mažas dydis sumažina ličio lydinio sukeliamą deformaciją, o tai savo ruožtu pagerina įkrovimo / iškrovimo ciklą.

Norėdami parodyti kompozitų veikimą baterijose, mokslininkai panaudojo grafeno ir alavo oksidą, kad paruoštų dviejų tipų ličio jonų anodus: grafeno oksidą su alavo oksido danga ir grafeno oksidą su alavo oksido ir alavo danga. Abu anodai turėjo didelę talpą (pradedant maždaug 1500 mAhg-1), kuri viršija numatytą teorinį pajėgumą, nors po 90 ciklų ji sumažėjo iki maždaug 700 mAhg-1. Abu anodai taip pat pasižymėjo stabiliu įkrovimo / iškrovimo ciklu dėl glaudaus laidžio grafeno ir labai mažų alavo oksido nanokristalų kontakto. Kompozitas be alavo pasižymėjo didesne įkrovimo galia, bet šiek tiek mažesniu stabilumu po ilgesnio įkrovimo / iškrovimo ciklo, palyginti su kompozitu, padengtu tiek alavo oksidu, tiek alavu, o tai mokslininkai priskiria terminio apdorojimo skirtumui, o ne sudėties skirtumams.

Levas paaiškino, kaip grafeno ir alavo oksido anodai atitinka bendrą dabartinių ličio jonų baterijų tyrimų vaizdą.

„Ličio jonų baterijos kuriamos keliomis lygiagrečiomis kryptimis, siekiant pagerinti įkrovimo pajėgumą, specifinį energijos tankį, įkrovimo ir iškrovimo greitį, baterijos veikimo laiką ir įkrovos išblukimą, akumuliatoriaus saugą ir, svarbiausia, akumuliatoriaus kainą, o tai reikalauja pigaus gamybos proceso. pigių žaliavų“, – sakė jis. "Kiekvienas įkraunamų baterijų pritaikymas turėtų turėti skirtingą optimizavimo tikslą, dėl kurio būtų skirtinga elementų sudėtis. Pavyzdžiui, žaislų ir išmaniųjų telefonų įkrovos išblukimas skirtingai toleruojamas, o dvi skirtingos vartotojų grupės bus pasirengusios skirtingai mokėti už papildomą bateriją. gyvenimą.

„Mūsų naujas požiūris nukreiptas tik į du iš šių aspektų: puikią įkrovimo talpą, kuri yra daugiau nei dvigubai didesnė nei grafito anodų, ir mažą kainą, kuri pasireiškia pigiomis žaliavomis ir drėgnu chemijos apdorojimu.


Ateityje mokslininkai planuoja išplėsti savo tyrimus ir įtraukti į kitas elektrodų kompozicijas, kurioms gali būti naudinga apdoroti vandenilio peroksido zolį ir gelį.