Lithium rafhlöðu rafskautaefni og framtíðin
Lithium-ion rafhlaða er endurhlaðanleg aukarafhlaða, sem er aðallega samsett úr fimm meginhlutum: jákvæðu rafskauti, neikvætt rafskaut, raflausn, skilju og straumsafnara.
Meginhlutverk jákvæðu og neikvæðu rafskautsefnanna er að gera litíumjónir frjálsari útdráttar / settar inn, til að átta sig á virkni hleðslu og afhleðslu.
Í hleðsluferlinu eru litíumjónir dregin út úr jákvæðu rafskautsefninu og sett í samsvarandi neikvæða rafskautsefni í gegnum raflausnina. Á sama tíma flæða rafeindir út frá jákvæðu rafskautinu í gegnum ytri hringrásina og flæða til neikvæða rafskautsins;
Þegar litíum rafhlaða er tæmd eru litíumjónir teknar út úr neikvæðu rafskautinu og aftur felldar inn í jákvæða rafskautsefnið í gegnum raflausnina. Á sama tíma streyma rafeindir frá neikvæða rafskautinu til jákvæða rafskautsins í gegnum ytri hringrásina.
Hvað er rafskautaefni litíum rafhlöðunnar?
Neikvætt rafskautsefnið er burðarefni litíumjóna og rafeinda í hleðsluferli rafhlöðunnar og gegnir hlutverki orkugeymslu og losunar. Það er einn af lykilþáttunum sem ákvarða frammistöðu litíumjónarafhlöðu og heldur lífæð öryggi rafhlöðunnar.
Hin fullkomna neikvæða rafskautsefni verður að hafa að minnsta kosti 7 eftirfarandi skilyrði
1. Efnafræðileg möguleiki er lágur, myndar stóran hugsanlega mun á jákvæðu rafskautsefninu, og fæst þannig rafhlaða með miklum krafti;
2. Það ætti að hafa meiri sértæka hringrásargetu;
3. Li+ ætti að vera auðvelt að setja og draga út í neikvæða rafskautsefnið og hefur mikla kúlombíska skilvirkni, þannig að það geti verið tiltölulega stöðug hleðsla og útskriftarspenna meðan á Li+ útdráttarferlinu stendur;
4. Góð rafræn leiðni og jónaleiðni;
5. Það hefur góðan stöðugleika og ákveðna samhæfni við raflausn;
7. Uppruni efna ætti að vera ríkur í auðlindum, lágt í verði, einfalt í framleiðsluferli; öruggt, grænt og mengunarlaust.
Rafskautsefni sem uppfylla ofangreind skilyrði eru í grundvallaratriðum ekki til staðar eins og er, þannig að rannsóknir á nýjum rafskautaefnum með mikla orkuþéttleika, góða öryggisafköst, lágt verð og auðfáanleg efni eru orðin brýnt verkefni, sem er einnig heitt umræðuefni í sviði rannsókna á litíum rafhlöðum á þessu stigi.
Könnun og framtíð rafskautaefna fyrir litíum rafhlöður
Grafen/sirkon vetnisfosfat (ZrP) samsett efni er notað sem neikvætt rafskautsefni litíum rafhlöðu, sem getur sigrast á leiðni rafhlöðuefna.
Vandamálin vegna lélegra rafeiginleika og alvarlegra rúmmálsstækkunaráhrifa hafa einkenni sterkrar hringrásarstöðugleika og sterkrar rafleiðni.
1. Lithium geymslubúnaður grafen/ZrP samsettra efna
1. Litíum geymsluhegðun grafenefna
Grafen hefur betri rafeinda- og jónaflutningsrásir, sem er gagnlegt til að flýta fyrir hleðslu og losunarhraða. Þegar grafen er notað sem neikvætt rafskautsefni er efnahvarfformúlan sem hér segir:
Þrátt fyrir að grafen hafi háan Li+ dreifingarhraða og hafi mikla afkastagetu við fyrstu hleðslu og afhleðslu þegar það er notað sem neikvætt rafskautsefni fyrir litíum rafhlöður, þá mun afkastageta grafens hrynja hratt eftir nokkrar heilar hleðslu- og afhleðslulotur og ekki hægt að nota einn. Litíum rafhlöðu rafskautsefni, þetta er vegna þess að grafen efnið mun bregðast við raflausn litíum rafhlöðunnar við fyrstu hleðslu og afhleðslu, og snertiflöturinn við raflausnina verður stærri í raflotunni, sem mun leiða til uppsöfnunar laga, sem leiðir til í óafturkræfni og óstöðugleika. Aðgerð SEI kvikmyndarinnar, á meðan tilbúið grafen er auðvelt að þétta og safnast upp vegna lamellar uppbyggingu, sem gerir coulombic skilvirkni þess lágt.
2. Samvirk áhrif grafen/ZrP samsettra efna
Samsetningin af sirkonvetnisfosfati og grafeni getur ekki aðeins bætt leiðni rafhlöðunnar og bætt rúmmálsstækkunaráhrif þess, heldur hefur einnig góða litíum geymslugetu og getur aukið sértæka getu samsetts efnisins. Í samanburði við önnur kolefnisefni hefur grafen kosti stórs tiltekins yfirborðs, mikils vélræns styrks og góðrar rafleiðni. Rannsóknir á SnO 2, FeSb 2 og öðrum efnum hafa sýnt að kynning á grafeni getur í raun bætt rafefnafræðilega frammistöðu þess.
2. Vinnureglur grafen/ZrP samsetts
Grafen/sirkon vetnisfosfat samsett efni er framleitt með solvothermal aðferð, sem getur látið mynda grafen festast við yfirborð sirkon vetnis fosfats á staðnum til að fá sirkon vetnis fosfat og grafen samsett efni. Eftir brennslu getur grafen verið í sirkonvetnisfosfati Súrefnislausn myndast í kristalgrindunum, þar með fjölgar burðarefnum og grindargöllum og bætir leiðni. Tilvist grafen gerir kleift að mynda leiðandi net milli sirkonvetnisfosfat nanóagnanna, sem er gagnlegt til að bæta heildarleiðni efnisins. Á sama tíma er grafen notað sem sveigjanleg filma til að húða yfirborð sirkonvetnisfosfatsins, sem getur stuðlað magn stækkunaráhrifa meðan á hleðslu og losun stendur.
Í þriðja lagi, hugsanlegar horfur grafen/ZrP samsettra efna
1. Undirbúningsaðferðin hefur einkenni einfaldrar og auðveldrar notkunar, sterkrar endurgerðanleika, litlum tilkostnaði og engin mengun fyrir umhverfið;
2. Samsett efni af sirkonvetnisfosfati og grafeni sem er búið til með þessari aðferð er notað sem neikvætt rafskautsefni litíum rafhlöðunnar, sem getur sigrast á vandamálum lélegrar rafhlöðuleiðni og alvarlegra rúmmálsstækkunaráhrifa og hefur einkenni sterkrar hringrásarstöðugleika. og sterk leiðni;
3. Vegna þess að grafen hefur mikla leiðni og stórt sérstakt yfirborð getur það í raun bætt leiðni samsettra rafhlöðuefna og á sama tíma getur grafenhúðin í raun bætt rúmmálsstækkunaráhrif samsettra efna rafhlöðunnar og bætt rafefnafræðilegan árangur úr samsettum rafhlöðuefnum.
