Vật liệu cực dương của pin Lithium và tương lai
Pin Lithium-ion là một loại pin thứ cấp có thể sạc lại, được cấu tạo chủ yếu bởi 5 bộ phận chính: điện cực dương, điện cực âm, chất điện phân, bộ phân tách và bộ thu dòng.
Chức năng chính của vật liệu điện cực âm và dương là làm cho các ion lithium được chiết xuất / đưa vào tự do hơn, để thực hiện chức năng sạc và xả.
Trong quá trình sạc, các ion lithium được chiết xuất từ vật liệu điện cực dương và đưa vào vật liệu điện cực âm tương ứng thông qua chất điện phân. Đồng thời, các êlectron đi ra từ điện cực dương qua mạch ngoài và chảy sang điện cực âm;
Khi pin lithium phóng điện, các ion lithium được chiết xuất từ điện cực âm và được nhúng lại vào vật liệu điện cực dương thông qua chất điện phân. Đồng thời, dòng êlectron từ điện cực âm sang điện cực dương qua mạch ngoài.
Vật liệu cực dương của pin lithium là gì?
Vật liệu làm điện cực âm là vật mang các ion lithium và electron trong quá trình sạc pin, đóng vai trò tích trữ và giải phóng năng lượng. Đây là một trong những yếu tố quan trọng quyết định hiệu suất của pin lithium-ion và giữ mạch an toàn cho pin điện.
Vật liệu làm điện cực âm lý tưởng phải có ít nhất 7 điều kiện sau
1. Điện thế hóa học thấp, tạo ra sự chênh lệch điện thế lớn với vật liệu làm điện cực dương, do đó thu được pin công suất cao;
2. Nó phải có công suất chu kỳ cụ thể cao hơn;
3. Li + phải được lắp vào và chiết xuất dễ dàng trong vật liệu điện cực âm, và có hiệu suất đồng kết hợp cao, để có thể có điện áp phóng điện tương đối ổn định trong quá trình chiết xuất Li +;
4. Độ dẫn điện tử và độ dẫn ion tốt;
5. Nó có độ ổn định tốt và một mức độ tương thích nhất định với các chất điện giải;
7. Nguồn nguyên liệu phải phong phú, giá thành rẻ, quy trình sản xuất đơn giản; an toàn, xanh và không ô nhiễm.
Các vật liệu anốt đáp ứng các điều kiện trên về cơ bản hiện nay chưa tồn tại, vì vậy việc nghiên cứu vật liệu anốt mới có mật độ năng lượng cao, tính năng an toàn tốt, giá thành rẻ, vật liệu dễ kiếm đã trở thành một nhiệm vụ cấp thiết, cũng là một chủ đề nóng trong lĩnh vực nghiên cứu pin lithium ở giai đoạn này.
Khám phá và tương lai của vật liệu cực dương cho pin lithium
Vật liệu tổng hợp Graphene / Zirconium Hydrogen Phosphate (ZrP) được sử dụng làm vật liệu điện cực âm của pin lithium, có thể khắc phục tính dẫn điện của vật liệu pin.
Các vấn đề về tính chất điện kém và hiệu ứng giãn nở thể tích nghiêm trọng có đặc điểm là ổn định chu kỳ mạnh và dẫn điện mạnh.
1. Cơ chế lưu trữ Lithium của vật liệu tổng hợp graphene / ZrP
1. Hành vi lưu trữ Lithium của vật liệu graphene
Graphene có các kênh truyền điện tử và ion tốt hơn, điều này có lợi để tăng tốc độ nạp và phóng điện. Khi graphene được sử dụng làm vật liệu điện cực âm, công thức phản ứng hóa học như sau:
Mặc dù graphene có tốc độ khuếch tán Li + cao và có công suất lớn trong quá trình sạc và xả đầu tiên khi được sử dụng làm vật liệu điện cực âm cho pin lithium, dung lượng của graphene sẽ nhanh chóng phân hủy sau một số chu kỳ sạc và xả hoàn chỉnh và không thể được sử dụng một mình. Vật liệu cực dương của pin lithium, điều này là do vật liệu graphene sẽ phản ứng với chất điện phân của pin lithium trong lần sạc và xả đầu tiên, và bề mặt tiếp xúc với chất điện phân sẽ trở nên lớn hơn trong chu kỳ điện, dẫn đến tích tụ các lớp, dẫn đến trong không thể đảo ngược và không ổn định. Sự thụ động của màng SEI, trong khi graphene đã chuẩn bị dễ kết tụ và tích tụ do cấu trúc dạng phiến, điều này làm cho hiệu suất đồng kết hợp của nó thấp.
2. Tác dụng tổng hợp của vật liệu composite graphene / ZrP
Hỗn hợp zirconium hydro phosphate và graphene không chỉ có thể cải thiện độ dẫn điện của pin và cải thiện hiệu ứng mở rộng thể tích của nó, mà còn có khả năng lưu trữ lithium tốt và có thể tăng dung lượng cụ thể của vật liệu composite. So với các vật liệu carbon khác, graphene có ưu điểm là diện tích bề mặt riêng lớn, độ bền cơ học cao và dẫn điện tốt. Nghiên cứu về SnO 2, FeSb 2 và các vật liệu khác đã chỉ ra rằng sự ra đời của graphene có thể cải thiện hiệu quả hiệu suất điện hóa của nó.
2. Nguyên lý làm việc của composite graphene / ZrP
Vật liệu tổng hợp graphene / zirconium hydro phosphate được điều chế bằng phương pháp nhiệt rắn, có thể làm cho graphene được tạo ra bám vào bề mặt của zirconium hydro phosphate tại chỗ để thu được zirconium hydro phosphate và vật liệu tổng hợp graphene. Sau khi nung, graphen có thể ở trong zirconi hydro photphat Các khoảng trống ôxy được hình thành trong mạng tinh thể, do đó làm tăng số lượng hạt tải điện và khuyết tật mạng, đồng thời cải thiện độ dẫn điện. Sự hiện diện của graphene cho phép hình thành một mạng lưới dẫn điện giữa các hạt nano zirconium hydro phosphate, có lợi để cải thiện độ dẫn tổng thể của vật liệu. Đồng thời, graphene được sử dụng như một lớp màng dẻo để phủ lên bề mặt của zirconium hydro phosphate, có thể đệm cho hiệu ứng giãn nở thể tích trong quá trình nạp và phóng điện.
Thứ ba, triển vọng tiềm năng của vật liệu composite graphene / ZrP
1. Phương pháp bào chế có đặc điểm là vận hành đơn giản và dễ dàng, khả năng tái sản xuất mạnh, chi phí thấp và không gây ô nhiễm môi trường;
2. Vật liệu tổng hợp của zirconi hydro photphat và graphene được điều chế bằng phương pháp này được sử dụng làm vật liệu điện cực âm của pin lithium, có thể khắc phục các vấn đề về độ dẫn điện của pin kém và hiệu ứng giãn nở thể tích nghiêm trọng, và có đặc tính ổn định chu kỳ mạnh và độ dẫn điện mạnh;
3. Bởi vì graphene có độ dẫn điện cao và diện tích bề mặt riêng lớn, nó có thể cải thiện hiệu quả độ dẫn điện của vật liệu composite pin, đồng thời, lớp phủ của graphene có thể cải thiện hiệu quả hiệu ứng giãn nở thể tích của vật liệu composite pin và cải thiện hiệu suất điện hóa vật liệu composite pin.
