Ⅰ. Manteision Perfformiad a Heriau Silicon-Deunyddiau Anod Carbon
(1) Nodweddion Electrocemegol Silicon
Mewn ymchwil anod batri lithiwm-, mae silicon yn denu sylw sylweddol oherwydd ei allu damcaniaethol hynod uchel. Ar ôl lithiation llawn, gall silicon ffurfio aloion â chynhwysedd penodol sy'n cyrraedd 4200 mAh / g, bron i ddeg gwaith yn fwy na graffit confensiynol. Mae'r eiddo hwn yn darparu sylfaen ddeunydd gadarn ar gyfer gwella dwysedd ynni batri. Mae'r broses mewnosod / echdynnu lithiwm yn dibynnu'n bennaf ar yr adwaith aloi cildroadwy rhwng silicon a lithiwm. Mae mantais cynhwysedd penodol nodedig Silicon yn ei wneud yn ymgeisydd craidd ar gyfer deunyddiau anod dwysedd uchel ynni. Fodd bynnag, yn ystod lithiation, mae gronynnau silicon yn cael ehangu cyfaint difrifol, sy'n fwy na 300% yn seiliedig ar ddata arbrofol, sy'n llawer uwch na'r ystod anffurfio o ddeunyddiau carbon. Mae'r amrywiad cyfaint sylweddol hwn yn raddol yn rhyddhau cysylltiadau rhwng deunyddiau gweithredol, yn tarfu ar lwybrau dargludol rhwng gronynnau, gan arwain at ansefydlogrwydd strwythurol electrod, sy'n amharu ar berfformiad beiciau a sefydlogrwydd electrocemegol. Mae ansefydlogrwydd strwythurol yn sbarduno cyfres o faterion diraddio perfformiad electrocemegol ymhellach. Mae torri asgwrn y rhwydwaith dargludol yn rhwystro llwybrau mudo electronau, yn dwysau polareiddio electrod, ac yn achosi pylu cynhwysedd cyflym. Ar yr un pryd, mae'r ffilm interphase electrolyt solet (SEI) a ffurfiwyd ar yr wyneb silicon yn ystod y cylch cychwynnol yn anodd ei sefydlogi; mae anffurfiad a achosir gan lithiation yn niweidio'r ffilm SEI yn barhaus, gan achosi diwygiadau ailadroddus. Mae'r broses hon nid yn unig yn cyflymu'r defnydd o electrolytau ond hefyd yn arwain at golli cynhwysedd sylweddol na ellir ei wrthdroi, gan fygwth bywyd beicio.
(2) Heriau Silicon{{1}Deunyddiau Anod Carbon
Mewn cymwysiadau ymarferol, mae ehangiad a chrebachiad difrifol gronynnau silicon yn ystod beicio dro ar ôl tro mewn anodau carbon silicon yn hawdd achosi malurio gronynnau, cracio haenau electrod, a dinistrio'r rhwydwaith dargludol gwreiddiol, gan arwain at ddirywiad cynhwysedd cyflym. Ar ôl sawl degau o gylchoedd, mae'r gyfradd cadw cynhwysedd yn gostwng yn sylweddol, sef y prif reswm na all anodau cynnwys silicon uchel ddisodli graffit yn fasnachol yn eang. Mae strwythur ffilm SEI ar yr wyneb silicon yn ansefydlog iawn. Wrth i anffurfiad gronynnau barhau, mae'r haen SEI wreiddiol yn cael ei niweidio a'i hailadeiladu'n gyson, gan achosi defnydd electrolyt parhaus a chynnydd graddol mewn ymwrthedd rhyngwynebol. Mae ansefydlogrwydd ffilm SEI nid yn unig yn effeithio ar yr effeithlonrwydd Coulombic cychwynnol ond gall hefyd sbarduno adweithiau ochr yn y rhyngwyneb electrolyt electrod, gan gyflymu heneiddio electrod. Felly, er bod cyflwyno deunydd carbon yn lleddfu ehangiad silicon i ryw raddau ac yn gwella dargludedd cyffredinol, mae cyflawni uniad sefydlogrwydd strwythurol, dargludedd uchel, a sefydlogrwydd rhyngwynebol ar lefel dylunio deunydd yn parhau i fod yn her graidd mewn ymchwil anod carbon silicon gyfredol.
Ⅱ. Strategaethau Optimeiddio Strwythurol ar gyfer-Cyfansoddion Carbon Silicon
(1) Craidd-Cynllunio Strwythur Cregyn
Mewn-ymchwil anod carbon silicon, mae strwythurau cregyn craidd Si@C yn cynrychioli dyluniad aeddfed y gellir ei reoli'n fawr. Mae'r strwythur hwn yn defnyddio gronynnau silicon fel y deunydd gweithredol craidd, wedi'i orchuddio â chragen carbon trwchus parhaus. Mae gan yr haen garbon ddargludedd electronig da, gan wella'r dargludedd deunydd cyffredinol yn effeithiol, tra hefyd yn cynnig hyblygrwydd a chryfder mecanyddol penodol i liniaru straen mewnol a gynhyrchir gan newid cyfaint silicon yn ystod lithiation / delithiation, gan leihau'r risg o gracio gronynnau a methiant strwythurol. Mae ein cwmni'n darparuoffer ymchwil a datblygu batriaatebion cynhyrchu batri wedi'u haddasua all gefnogi datblygiad a phrofi deunyddiau datblygedig o'r fath.
(2) Cyflwyno Strwythurau Mandyllog
Er mwyn lliniaru ymhellach y difrod strwythurol o ehangu cyfaint, mae cyflwyno strwythurau mandyllog yn ddull atodol effeithiol. Mae adeiladu mandyllau graddfa micron neu nano yn y cyfansawdd nid yn unig yn gwella treiddiad electrolyte ac yn hyrwyddo cineteg trylediad ïon lithiwm ond hefyd yn darparu lle i ehangu, a thrwy hynny wella sefydlogrwydd cyffredinol yr electrod. Gall yr arwynebedd arwyneb penodol uchel o'r strwythur mandyllog hyrwyddo ffurfiad ffilm SEI sefydlog, gan wella effeithlonrwydd Coulombic cychwynnol wedi hynny. Cynhyrchodd ymchwil a oedd yn cynnwys gorchuddio gronynnau silicon mandyllog â charbon wedi'i actifadu gyfansawdd ag arwynebedd penodol o 183 m²/g a chynyddodd effeithlonrwydd Coulombic cychwynnol i 83.6%.
(3) Adeiladu Rhwydweithiau Dargludol 3D
Mae dargludedd isel cynhenid Silicon yn golygu ei fod yn dueddol o hysteresis adweithiau a chynhwysedd yn pylu mewn cymwysiadau cyfradd uchel. Er mwyn mynd i'r afael â'r cyfyngiad hwn, mae ymchwilwyr yn cyflwyno deunyddiau dargludol fel graphene a nanotiwbiau carbon i adeiladu rhwydweithiau dargludol 3D, gyda'r nod o ddarparu llwybrau dargludiad electronau sefydlog, parhaus rhwng gronynnau silicon. Mae hyn yn gwella gallu cyfradd yn sylweddol ac yn gwella gallu gwefru/rhyddhau cyflym.
Er enghraifft, gall deunydd anod sy'n defnyddio nanotiwbiau carbon aml-wal (MWCNTs) fel sgerbwd wedi'i gyfansoddi â gronynnau silicon i ffurfio strwythur rhwydwaith hierarchaidd gynnal cynhwysedd penodol o 1200 mAh/g ar gyfradd 2C, sy'n sylweddol uwch na rheolyddion heb eu cyfansoddi (gweler Ffigur 1). Yn ogystal, mae ymgorffori haenau graphene yn gwella cefnogaeth fecanyddol ymhellach, gan synergeiddio â CNTs i wella sefydlogrwydd strwythurol cyffredinol yn effeithiol. Ar gyfer integreiddio deunyddiau datblygedig o'r fath i gynhyrchu, ystyriwch eindatrysiadau llinell gynhyrchu batri un contractwrwedi'i gynllunio ar gyfer gweithgynhyrchu batri perfformiad uchel.
(4) Rheoleiddio Sefydlogrwydd Rhyngwynebol
Mae adweithiau rhyngwynebol yn ystod beicio yn effeithio'n fawr ar sefydlogrwydd anod carbon silicon. Mae arwynebau gronynnau silicon yn ymateb yn ddifrifol i'r electrolyte yn ystod lithiation, gan achosi toriad ac adfywiad ffilm SEI dro ar ôl tro, sy'n defnyddio lithiwm gweithredol ac yn lleihau effeithlonrwydd Coulombic. Mae dulliau cyffredin yn cynnwys cyflwyno haenau gorchuddio carbon dopedig nitrogen ar arwynebau gronynnau silicon, defnyddio triniaethau fflworineiddio i ffurfio strwythurau SEI cyfoethog LF sefydlog, ac ychwanegu ychwanegion swyddogaethol fel fflworoethylen carbonad (FEC) i'r electrolyte i wella trwch a chywirdeb ffilm SEI ymhellach, gan atal adweithiau ochr yn sylweddol. Mae data profion yn dangos bod ychwanegu 5% FEC i'r electrolyte yn gwella cadw cynhwysedd anodau carbon silicon bron i 20% ar ôl 100 cylchred, gyda gostyngiad clir mewn cynhwysedd anwrthdroadwy.
Ⅲ. Technegau Paratoi a Cynyddu -Heriau ar gyfer Silicon-Anodau Carbon
(1) Statws y Prif Ddulliau Paratoi
Mae'r dulliau presennol o baratoi anodau cyfansawdd carbon silicon yn bennaf yn cynnwys sol, melino pêl fecanyddol, a dyddodiad anwedd cemegol (CVD). Mae'r dull gel sol yn gwasgaru rhagflaenwyr mewn hydoddiant yn unffurf, trwy drawsnewid gel a thriniaeth wres, gan adeiladu strwythurau cyfansawdd gyda bondio rhyngwyneb da a gwasgaredd uchel. Mae'r dull hwn yn cynnig manteision o ran rheoli microstrwythur ond mae'n sensitif iawn i dymheredd a pH, yn cynnwys cylchoedd prosesu hir, ac mae'n anaddas ar gyfer swp-gynhyrchu. Defnyddir melino pêl fecanyddol yn gymharol eang mewn cynhyrchu treialon diwydiannol oherwydd offer syml a defnydd isel o ynni. Gellir ei berfformio ar dymheredd ystafell ond mae'n dioddef o reolaeth unffurfiaeth wael o'r cotio carbon; mae crynhoad lleol yn gwanhau cysondeb a sefydlogrwydd deunydd. Gall CVD adeiladu cregyn carbon trwchus y gellir eu rheoli ar dymheredd cymharol isel, gan ei wneud yn arbennig o addas ar gyfer strwythurau cregyn craidd. Fodd bynnag, mae'r broses hon yn wynebu tagfeydd fel buddsoddiad offer uchel, cylchoedd adwaith hir, a chynhwysedd cyfyngedig, sy'n rhwystro ei allu i gefnogi anghenion gweithgynhyrchu cyfaint mawr.TOB YNNI NEWYDDyn arbenigo mewndatrysiadau llinell peilot batria all helpu i ehangu'r prosesau hyn a ddatblygwyd yn y labordy.
(2) Strwythur Costau a Rhwystrau Diwydiannu
Mae ffynonellau cost mawr ar gyfer-diwydiannu deunydd carbon silicon yn cynnwys prosesu deunydd crai silicon, dewis ffynhonnell carbon, defnydd o ynni triniaeth wres, a chymhlethdod cyffredinol y broses. Mae powdr nano silicon purdeb uchel traddodiadol yn cael ei ddisodli'n raddol gan bowdr silicon naturiol wedi'i falu â phêl oherwydd cyfyngiadau cost uchel ac adnoddau. Fodd bynnag, mae gronynnau silicon naturiol yn gyffredinol yn fwy gyda haenau ocsid arwyneb mwy trwchus, sy'n gofyn am gamau rhag-drin lluosog fel golchi asid a melino pêl ynni uchel, sy'n cynyddu'r baich amgylcheddol. Mae dewis ffynhonnell carbon yn effeithio'n uniongyrchol ar ddargludedd deunydd ac ansawdd cotio. Mae ffynonellau carbon cyffredin yn cynnwys graffit, asetylen du, glwcos, swcros, a polyacrylonitrile, sy'n amrywio'n sylweddol o ran dargludedd, priodweddau ffurfio ffilm, a chost, sy'n gofyn am fformiwleiddiad a dewis priodol yn seiliedig ar y cymhwysiad targed. Er bod prosesau amrywiol wedi cyflawni optimeiddio perfformiad deunydd mewn labordai, maent yn aml yn rhannu nodweddion "cynnyrch isel - defnydd uchel o ynni - ansefydlogrwydd". Er enghraifft, er bod CVD yn darparu gorchudd carbon o ansawdd uchel, mae ei allbwn wedi'i gyfyngu gan gyfaint yr adweithydd, gan ei gwneud hi'n anodd bodloni gofynion masgynhyrchu.TOB YNNI NEWYDDyn cynnig cynhwysfawrcyflenwad deunydd batria gall roi cyngor ar ddewis a dod o hyd i ddeunyddiau ar gyfer eich cais a'ch graddfa benodol. Ar ben hynny, mae ein harbenigedd mewncymorth technoleg batri cenhedlaeth nesaf(fel batris cyflwr solid, batris ion sodiwm, ac ati) yn gallu eich arwain trwy gymhlethdodau integreiddio deunyddiau uwch.
