Usred vala energetske tranzicije, inovacija u tehnologiji baterija postala je presudna za pokretanje razvoja u mnogim poljima. Silicij - Materijal anode ugljika, zvijezda u usponu u litiju - ionskim anodnim materijalima, postupno se pojavljuju, nudeći novu nadu za poboljšanje performansi baterije i probijanje kroz postojeće uske grle gustoće energije. Njihov razvoj privlači značajnu pažnju.
I. Pregled silicija - Materijal anode ugljika
(I) Definicija i sastav
Silicij - Ugljični anodni materijali su novi anodni materijali formirani kombiniranjem silicija (SI) i ugljikovih materijala na specifičan način. Silicij, sa svojim izuzetno visokim teorijskim specifičnim kapacitetom (otprilike 4200 mAh/g), daleko premašuje onaj tradicionalnih grafitnih anodnih materijala (teorijski specifični kapacitet otprilike 372 mAh/g), što ga čini idealnim izborom za povećanje gustoće energije baterije. Međutim, silicij doživljava širenje volumena od preko 300% tijekom punjenja i pražnjenja, što je nedostatak koji ozbiljno ograničava njegovu praktičnu primjenu u baterijama. Ugljični materijali, s druge strane, posjeduju izvrsnu vodljivost, stabilnost i određeni stupanj fleksibilnosti. Kombinirajući ih sa silicijum učinkovito ublažava promjenu volumena silicija i poboljšava stabilnost strukture elektrode. Dva materijala se međusobno nadopunjuju i zajedno tvore jezgrani sustav silikona - Materijal anode ugljika.
(Ii) Pozadina razvoja
Uz brzi napredak tehnologije, različiti elektronički uređaji i nova energetska vozila postavljaju sve veće potrebe za performansama baterije, poput gustoće energije i raspona. Nakon godina razvoja, izvedba tradicionalnih grafitnih anodnih materijala dosegla je svoje teorijske granice, što otežava zadovoljavanje potražnje tržišta za daljnjim poboljšanjima performansi baterije. U skladu s ovom pozadinom, znanstvenici su svoju pozornost pretvorili na materijale temeljene na silicijumu - i, neprekidnim istraživanjem, razvili su silicijske materijale anode ugljika, nadajući se da će u novoj fazi razvoja razbiti zastoj u poboljšanju performansi baterije i potaknuti srodnu industriju.
Ii. Tehničke prednosti silicija - Materijal anode ugljika
(I) visoka gustoća energije
Kao što je gore spomenuto, visoki specifični kapacitet silicija omogućuje silicijum - ugljikove anodne materijale za pohranu više litijskih iona u baterijama, značajno poboljšavajući gustoću energije baterije. U usporedbi s tradicionalnim grafitnim anodnim baterijama, baterije opremljene silicijum - Materijali anode ugljika mogu postići narudžbe veličine veće gustoće energije, pružajući duže - trajni vijek trajanja baterije za elektroničke uređaje i duži raspon vožnje za električna vozila. To učinkovito ublažava zabrinutost zbog nedovoljne snage baterije u elektroničkim uređajima i "raspona anksioznosti" električnih vozila.
(2) Poboljšane niske - temperaturne performanse
Istraživanje je pokazalo da silicij - anodni materijali ugljika pokazuju bolju stabilnost biciklizma od grafitnih anodnih materijala na niskim temperaturama. U hladnim zimama, mobilni telefoni i električna vozila pomoću silicija - Materijal anode ugljika mogu učinkovito ublažiti problem brzog odljeva baterije, osiguravajući da uređaji mogu nastaviti normalno raditi u niskim temperaturnim okruženjima {}}}, značajno poboljšavajući korisničko iskustvo.
(3) olakšava brzo punjenje
Tijekom postupka punjenja, litijevi ioni su se preferirano ugradili u silicij, a zatim u grafitne međuslojne. Ova karakteristika silikona - ugljikov anodni materijali povećava prosječni potencijal anode i smanjuje vjerojatnost litijskog obloga, olakšavajući brzo punjenje i ispunjavanje zahtjeva korisnika za brzo nadopunjavanje baterije.
Proces pripreme za materijale anode ugljika
(I) Mehaničko mljevenje kuglice
Mehaničko mljevenje kuglice relativno je tradicionalna metoda pripreme. To uključuje postavljanje sirovina poput silicijskog praha i ugljičnog praha u kuglični mlin. Visoka - rotacija brzine mljevenih kuglica uzrokuje da se čestice sirovine sudaraju, miješaju i usavršavaju, postižući na taj način kompozit silicija i ugljika. Ova je metoda relativno jednostavna i niska - trošak, ali pati od problema kao što su loša ujednačenost miješanja i poteškoće u preciznoj kontroli veličine čestica, što rezultira ograničenom stabilnošću performansi rezultirajućeg silicija - ugljika anoda.
(Ii) Kemijsko taloženje pare (CVD)
Posljednjih godina postupno se pojavila nova generacija priprema, zastupljena CVD -om. U CVD -u se silanski plin pirolizira pri visokim temperaturama, što rezultira oborinama i ujednačenom disperzijom silicijskih nanočestica unutar pore poroznog ugljika. Ovaj porozni ugljični okvir ne samo da značajno ublažava širenje silicija tijekom naboja i pražnjenja, već također pruža puteve za brzi transport litij -iona, učinkovito poboljšavajući brze performanse punjenja materijala {}}}.
Silicij - Materijali s negativnim elektrodom ugljika pripremljeni CVD metodom imaju prednosti niske brzine ekspanzije, izvrsne performanse ciklusa i veće gustoće energije, a smatraju se glavnim ruta pripreme za sljedeću generaciju silikona - Materijal negativnih elektroda ugljika.