اخبار صنعت

بهبود باتری های لیتیوم یونی با انرژی بالا با پرکننده کربن

2021-07-22


الکترودهای ضخیم با نانولوله های کربنی تک جداره (SWCNT) برای سیستم های ذخیره انرژی مقیاس پذیر. اعتبار: ژنگیو جو و گیهوا یو

 

باتری های لیتیوم یونی منبع اصلی قابل شارژ برای بسیاری از دستگاه های قابل حمل و همچنین وسایل نقلیه الکتریکی هستند ، اما استفاده از آنها محدود است ، زیرا خروجی قدرت بالایی را ارائه نمی دهند در حالی که به طور همزمان ذخیره انرژی برگشت پذیر را امکان پذیر می کند. هدف تحقیقاتی که در Applied Physics Reviews گزارش شده است ، ارائه راه حلی با نشان دادن چگونگی بهبود عملکرد باتری در پرکننده های رسانا است.

 

طراحی بهینه باتری شامل ضخامت استالکترودسازه های. این باعث افزایش می شودتراکم انرژی, but the design suffers from poor lithium-ion transport, a key step in the functioning of these الکترودs. Various improvement techniques have been tried, including building vertically aligned channels or creating pores of the proper size to facilitate transport of the lithium ions.

 

رویکرد دیگر شامل استفاده از پرکننده های ساخته شده از کربن است که الکتریسیته را هدایت می کنند. این مطالعه سه نوع پرکننده را مورد بررسی قرار داد: نانولوله های کربنی تک جداره (SWCNTs) ، نانو ورق های گرافن و ماده ای به نام Super P ، نوعی ذرات سیاه کربن تولید شده در طول اکسیداسیون پیش سازهای نفتی. Super P رایج ترین پرکننده رسانا در داخل استباتری های لیتیوم یونی.

 

The fillers were added to a type of الکترود material known as NCM that contains nickel, cobalt, and manganese. The investigators examined the resulting composites with scanning electron microscopy. The Super P and NCM particles were found to be arranged in a point-to-point contact mode.

 

با این حال ، SWCNT ها در اطراف ذرات NCM پیچیده شده و یک پوشش رسانا تشکیل می دهند. علاوه بر این ، شبکه های SWCNT به هم پیوسته در فضاهای بین ذرات NCM مشاهده شد. ایننانو ورق های گرافن were also wrapped around the NCM الکترود particles but not as uniformly as the SWCNTs were.

 

The SWCNTs were found to be the best conductive filler for NCM الکترودs.

 

"Guihua Yu" ، یکی از نویسندگان ، می گوید: "رسانایی اندازه گیری شده با نظریه نفوذ سازگار است ... هنگامی که یک پرکننده رسانای الکتریکی به یک ماتریس عایق اضافه می شود ، هنگامی که اولین مسیر رسانایی از طریق کامپوزیت ایجاد شد ، افزایش قابل توجهی در هدایت رخ می دهد." به

 

Since percolation requires a complete pathway through the filler, a sufficient amount of conductive filler is needed. Therefore, the investigators considered various amounts of filler and found that combining NCM الکترودs with as little as 0.16% by weight of SWCNT produced good electrical conductivity. Higher amounts of Super P and graphene were required to achieve these same results.

 

محققان از چندین تکنیک طیف سنجی ، از جمله طیف سنجی جذب رامان و اشعه ایکس ، برای مطالعه کامپوزیت های حاصله استفاده کردند.

 

"This is a collaborative effort from the Center for Mesoscale Transport Properties, an Energy Frontier Research Center supported by the U.S. Department of Energy Basic Energy Sciences program. Our findings suggest that the integration of SWCNTs into the NCM الکترود facilitate ion and charge transfer. This will lead to higher electrochemical utilization, especially at high rates of discharge," Yu said.