Pramonės naujienos

Anglies užpildo naudojimas didelės energijos ličio jonų baterijoms pagerinti

2021-06-16
TEMOS:
Amerikos fizikos institutas, baterijų technologija, energetika, ličio jonai, medžiagų mokslas
AMERIKOS FIZIKOS INSTITUTAS 2020 m. Lapkričio 12 d



Stori elektrodai su vienos sienelės anglies nanovamzdeliais (SWCNT), skirti keičiamo dydžio energijos kaupimo sistemoms. Kreditas: Zhengyu Ju ir Guihua Yu

Laidūs anglies užpildai ličio jonų akumuliatoriuose užtikrina didelę galią ir sugrįžtamą energijos kaupimą.

Ličio jonų akumuliatoriai yra pagrindinis įkraunamo energijos šaltinis daugeliui nešiojamųjų prietaisų, taip pat elektromobilių, tačiau jų naudojimas yra ribotas, nes jie nesuteikia didelės galios, tuo pat metu leidžia sugrąžinti energiją. AIP leidyklos „Applied Physics Reviews“ atlikto tyrimo tikslas - pasiūlyti sprendimą, parodant, kaip laidžių užpildų įtraukimas pagerina akumuliatoriaus veikimą.

Optimali akumuliatoriaus konstrukcija apima storas elektrodų struktūras. Tai padidina energijos tankį, tačiau dizainas kenčia nuo prasto ličio jonų transportavimo, o tai yra pagrindinis šių elektrodų veikimo žingsnis. Buvo išbandyti įvairūs tobulinimo būdai, įskaitant vertikaliai suderintų kanalų kūrimą arba tinkamo dydžio porų sukūrimą, kad būtų lengviau transportuoti ličio jonus.

Kitas metodas apima užpildų, pagamintų iš anglies, naudojančių elektrą, naudojimą. Šiame tyrime buvo nagrinėjami trys užpildų tipai: vienos sienos anglies nanovamzdeliai (SWCNT), grafeno nanodalelės ir medžiaga, žinoma kaip Super P-anglies juodųjų dalelių rūšis, susidaranti oksiduojant naftos pirmtakus. „Super P“ yra dažniausiai naudojamas laidus užpildas ličio jonų baterijose.

Užpildai buvo pridėti prie tam tikros rūšies elektrodų, žinomų kaip NCM, kuriuose yra nikelio, kobalto ir mangano. Tyrėjai ištyrė gautus kompozitus skenuojančia elektronine mikroskopija. Nustatyta, kad „Super P“ ir „NCM“ dalelės yra išdėstytos kontaktinio taško režimu.

Tačiau SWCNT buvo apvynioti aplink NCM daleles, sudarydami laidžią dangą. Be to, tarp NCM dalelių buvo pastebėti tarpusavyje sujungtų SWCNT tinklai. Grafeno nanodalelės taip pat buvo apvyniotos aplink NCM elektrodų daleles, bet ne taip vienodai, kaip buvo SWCNT.

Buvo nustatyta, kad SWCNT yra geriausias laidus NCM elektrodų užpildas.

„Išmatuotas laidumas atitinka perkoliacijos teoriją.“ Kai į izoliacinę matricą pridedamas elektrai laidus užpildas, žymiai padidės laidumas, kai bus suformuotas pirmasis laidus kelias per kompoziciją “, - sakė Guihua Yu. vienas iš autorių.

Kadangi perkolavimui reikalingas visas kelias per užpildą, reikia pakankamai laidžių užpildų. Todėl tyrėjai svarstė įvairius užpildo kiekius ir nustatė, kad derinant NCM elektrodus su vos 0,16% SWCNT masės, gaunamas geras elektros laidumas. Norint pasiekti tuos pačius rezultatus, reikėjo didesnio kiekio Super P ir grafeno.

Tyrinėdami gautus kompozitus, tyrėjai naudojo keletą spektroskopinių metodų, įskaitant Ramano ir rentgeno spindulių absorbcijos spektroskopiją.

„Tai bendros„ Mesoscale Transport Properties Center “centro, Energetikos pasienio tyrimų centro, remiamos JAV Energetikos departamento pagrindinių energetikos mokslų programos, pastangos. Mūsų išvados rodo, kad SWCNT integravimas į NCM elektrodą palengvina jonų ir krūvio perdavimą. Tai lems didesnį elektrocheminio panaudojimą, ypač esant dideliam iškrovimo greičiui, - sakė Yu.

Nuoroda: „Laidžių užpildų matmenų efekto atskleidimas storais akumuliatoriaus elektrodais, skirtais didelės energijos kaupimo sistemoms“,-pateikė Zhengyu Ju, Xiao Zhang, Steven T. King, Calvin D. Quilty, Yue Zhu, Kenneth J. Takeuchi, Esther S. Takeuchi, David C. Bock, Lei Wang, Amy C. Marschilok ir Guihua Yu, 2020 m. Lapkričio 10 d., Taikomosios fizikos apžvalgos.
DOI: 10.1063/5.0024123