Anod logam litium komposit keselamatan tinggi adalah bateri penyimpanan tenaga ketumpatan tenaga tinggi generasi akan datang?
Kumpulan penyelidik Profesor Zhang Qiang dari Jabatan Kejuruteraan Kimia Universiti Tsinghua menerbitkan makalah "Coralloid Carbon Fiber-Based Composite Lithium Anode for Robust Lithium Metal Batteries" dalam jurnal terkenal "Joule" dalam bidang tenaga. Kemajuan penting telah dibuat dalam bidang anod logam litium komposit keselamatan tinggi dan berkapasiti tinggi. Penyelidikan ini dipilih sebagai artikel muka depan isu Joule ini, dan imej muka depan diterbitkan.
litium logam mempunyai kapasiti khusus teori yang sangat tinggi dan potensi elektrod redoks terendah, jadi ia telah menjadi bahan anod yang paling ideal untuk bateri penyimpanan tenaga ketumpatan tenaga tinggi generasi akan datang (bateri litium keadaan pepejal generasi akan datang, bateri litium-sulfur, bateri litium-udara, dll.). Walau bagaimanapun, masalah dendrit semasa proses pengecasan dan pelepasan litium logam dan ketidakstabilan filem antara muka litium-elektrolit serius mengurangkan kecekapan kitaran bateri logam litium, memendekkan hayat perkhidmatan bateri, dan juga membawa tahap bahaya keselamatan tertentu. menghalang perkembangan bateri logam litium.
Gambar penutup menggunakan metafora untuk menyatakan idea reka bentuk "elektrod negatif logam litium komposit". Elektrod negatif logam litium komposit berdasarkan gentian karbon lithiophilic disamakan dengan kapal, yang boleh belayar dengan stabil di "ocean" litium lebur.
Baru-baru ini, penyelidik telah mencadangkan beberapa anod litium logam berdasarkan rangka kerja karbon konduktif atau rangka kerja logam. Walau bagaimanapun, banyak rangka kerja ini tidak dipra-kompleks dengan litium logam, tetapi diuji dalam separuh sel sebagai pengumpul arus bebas litium. Pengumpul arus bebas litium sedemikian sukar untuk digunakan secara langsung kepada sel penuh. Oleh itu, bagaimana untuk memasang logam litium pra-kompaun dengan cekap ke dalam struktur pengumpul semasa untuk membentuk anod logam litium komposit berprestasi tinggi yang boleh dipasang secara langsung ke dalam bateri penuh telah menjadi tumpuan penyelidikan.
Sebagai tindak balas kepada permintaan mendesak untuk elektrod komposit dalam bateri logam litium, pasukan penyelidik Profesor Zhang Qiang dari Universiti Tsinghua mencadangkan elektrod negatif logam litium komposit dengan litium lebur gentian karbon seperti karang. Permukaan rangka gentian karbon (CF) diubah suai menjadi permukaan lithiophilic dengan kaedah salutan perak penyaduran elektrik, supaya logam litium lebur cecair dapat dengan cepat diserap ke dalam rangka gentian karbon (CF / Ag) dengan salutan perak, untuk mendapatkan prestasi tinggi Anod logam litium komposit (CF / Ag-Li).
Di satu pihak, salutan perak boleh mengubah suai sebarang rangka kerja konduktif ke dalam rangka kerja konduktif lithiophilic yang boleh menyedut litium lebur cecair. Morfologi kitaran "litium mati". Melalui pemerhatian eksperimen pemendapan litium logam in-situ, didapati bahawa sukar untuk membentuk dendrit dalam struktur komposit ini. Anod logam litium komposit yang dicadangkan boleh dikitar dengan stabil untuk lebih daripada 160 kitaran dengan polarisasi yang sangat rendah di bawah keadaan yang sangat keras 10 mAcm-2 dan 10 mAhcm-2. Berbanding dengan anod logam litium konvensional, anod logam litium komposit boleh menahan ketumpatan arus areal yang melampau dan berbasikal kapasiti adalah, menunjukkan ciri keselamatan yang tinggi.
Anod logam litium komposit yang dipenuhi gentian karbon seperti karang
Elektrod negatif litium logam komposit dipasang secara langsung dengan elektrod positif sulfur dan elektrod positif fosfat besi litium untuk membentuk bateri litium-sulfur dan bateri fosfat besi litium dengan prestasi yang sangat baik. Bateri fosfat besi litiumnya boleh kitaran stabil untuk lebih daripada 500 kitaran pada kadar 1.0C, manakala bateri litium-sulfur mempunyai kapasiti pelepasan awal 781mAhg-1 pada 0.5C, dan mengekalkan kitaran berkapasiti tinggi untuk lebih daripada 400 kitaran. Kaedah suntikan litium bersalut perak rangka konduktif kerja ini boleh digunakan secara universal untuk reka bentuk dan penyediaan mana-mana anod litium logam komposit berdasarkan rangka konduktif. Penampilan kitaran litium, dan kemudian memperoleh prestasi elektrokimia yang sangat baik dalam sistem bateri penuh seperti bateri litium-sulfur, dan meningkatkan keselamatan sistem penyimpanan tenaga.
