Visoka sigurnost kompozitna litij-metalna anoda je sljedeća generacija baterije za skladištenje energije visoke gustoće energije?
Istraživačka skupina profesora Zhang Qianga s Odjela za kemijsko inženjerstvo Sveučilišta Tsinghua objavila je rad "Coralloid Carbon Fiber-Based Composite Lithium Anode for Robust Lithium Metal Batteries" u poznatom časopisu "Joule" u energetskom polju. Postignut je važan napredak u području kompozitnih litij-metalnih anoda visokog stupnja sigurnosti i velikog kapaciteta. Istraživanje je odabrano kao naslovni članak ovog broja Joulea, a naslovna slika je objavljena.
Metalni litij ima izuzetno visok teoretski specifičan kapacitet i najmanji potencijal redoks elektroda, tako da je postao najidealniji anodni materijal za baterije za skladištenje energije visoke energetske gustoće sljedeće generacije (litijske baterije čvrstog stanja sljedeće generacije, litijeve-sumporne baterije, litij-zračne baterije itd.). Međutim, problem dendrita tijekom procesa punjenja i pražnjenja metalnog litija i nestabilnost filma litij-elektrolitnog sučelja ozbiljno smanjuju učinkovitost ciklusa litijevih metalnih baterija, skraćuju vijek trajanja baterije, pa čak donose određeni stupanj sigurnosnih opasnosti. ometaju razvoj litijevih metalnih baterija.
Naslovna slika koristi metaforu kako bi izrazila dizajnersku ideju "kompozitne litij-metalne negativne elektrode". Kompozitna litij-metal negativna elektroda na bazi litiofilnih karbonskih vlakana uspoređuje se s brodom koji može stabilno ploviti u "oceanu" rastopljenog litija.
Nedavno su istraživači predložili niz metalnih litijevih anoda temeljenih na vodljivim okvirima ugljika ili metalnim okvirima. Međutim, mnogi od tih okvira nisu bili prethodno složeni s metalnim litijem, već su testirani u polu-stanicama kao sakupljači struje bez litija. Takve kolektore struje bez litija teško je izravno primijeniti na pune stanice. Stoga, kako učinkovito unaprijed spojiti litijev metal u trenutnu kolektorsku strukturu kako bi se stvorila kompozitna litij-metalna anoda visokih performansi koja se može izravno sastaviti kao puna baterija postala je fokus istraživanja.
Istraživački tim profesora Zhang Qianga sa Sveučilišta Tsinghua predložio je kompozitnu litij-metal negativnu elektrodu s otopljenim i ispunjenim koraljnim karbonskim vlaknima otopljenim i ispunjenim litijem kao odgovor na hitnu potražnju za kompozitnim elektrodama u metalnim litijskim baterijama. Površina kostura od karbonskih vlakana (CF) pretvara se u litiofilnu površinu metodom galvaniziranja srebrnog premaza, tako da se tekući rastopljeni litij metal može brzo apsorbirati u kostur ugljičnih vlakana (CF/ Ag) sa srebrnim premazom, kako bi se postigle visoke performanse Kompozitna litij-metalna anoda (CF/Ag-Li).
S jedne strane, srebrni premaz može modificirati bilo koji vodljivi okvir u litiofilni vodljivi okvir koji može sifonirati tekući rastopljeni litij, as druge strane, također može smanjiti taloženje prepotentnog metalnog litija i dobiti izvrsnu stabilnost ciklusa pri visokim brzinama i bez dendrita. Ciklička morfologija "mrtvog litija". Eksperimentalnim promatranjem in situ metalnog taloženja litija utvrđeno je da je teško formirati dendrite u ovoj kompozitnoj strukturi. Predložena kompozitna litij-metalna anoda može se stabilno kružiti više od 160 ciklusa s vrlo niskom polarizacijom u iznimno teškim uvjetima od 10 mAcm-2 i 10 mAhcm-2. U usporedbi s konvencionalnim anodama od litijevih metala, kompozitna litij-metalna anoda može izdržati ekstremnu gustoću struje arela i biciklizam kapaciteta areala, pokazujući visoke sigurnosne značajke.
Koraljna karbonska vlakna rastopljena litij-ispunjena kompozitna litij-metalna anoda
Kompozitna metalna litij-negativna elektroda izravno je sastavljena sa sumporno pozitivnom elektrodom i litij-željeznom fosfatom pozitivnom elektrodom kako bi se stvorila litij-sumporna baterija i litij-željezna fosfatna baterija s izvrsnim performansama. Njegova litij-željezna fosfatna baterija može stabilno voziti ciklus više od 500 ciklusa brzinom od 1,0C, dok litij-sumporna baterija ima početni kapacitet pražnjenja od 781mAhg-1 pri 0,5C i održava ciklus velikog kapaciteta više od 400 ciklusa. Vodljivi kostur srebrno-obložena metoda ubrizgavanja litija ovog rada može se univerzalno primijeniti na dizajn i pripremu bilo koje kompozitne metalne litijeve anode na temelju vodljivog kostura. Izgled ciklusa litija" zatim postižu izvrsne elektrokemijske performanse u punim baterijskim sustavima kao što su litijevo-sumporne baterije i poboljšava sigurnost sustava za pohranu energije.
