З якіх матэрыялаў складаецца літый-іённы акумулятар?

Самыя сучасныя катодныя матэрыялы ўключаюць аксіды літыя і металу [напрыклад, LiCoO ₂ , ЛіМн ₂ О ₄ і Li(NixMnyCoz)O ₂ ], аксіды ванадыя, алівіны (напрыклад, LiFePO ₄ ), і аксіды літыя, якія можна зараджаць. ^11,12 Слаістыя аксіды, якія змяшчаюць кобальт і нікель, з'яўляюцца найбольш вывучанымі матэрыяламі для літый-іённых батарэй.Яны дэманструюць высокую стабільнасць у дыяпазоне высокага напружання, але кобальт абмежаваны ў прыродзе і таксічны, што з'яўляецца вялікім недахопам для масавай вытворчасці.Марганец прапануе танную замену з высокім цеплавым парогам і выдатнымі магчымасцямі хуткасці, але абмежаванымі паводзінамі на ровары.Таму часта выкарыстоўваюцца сумесі кобальту, нікеля і марганца, каб аб'яднаць лепшыя ўласцівасці і мінімізаваць недахопы.Аксіды ванадыя валодаюць вялікай ёмістасцю і выдатнай кінэтыкай.Аднак з-за ўстаўкі і экстракцыі літыя матэрыял мае тэндэнцыю станавіцца аморфным, што абмяжоўвае цыклічныя паводзіны.Алівіны не таксічныя і маюць сярэднюю ёмістасць з нізкім выцвітаннем з-за цыкла, але іх праводнасць нізкая.Былі ўведзены метады пакрыцця матэрыялу, якія кампенсуюць дрэнную праводнасць, але гэта павялічвае выдаткі на апрацоўку батарэі.

Анодныя матэрыялы

Анодныя матэрыялы - гэта літый, графіт, літый-легіруючыя матэрыялы, інтэрметаліды або крэмній. ¹¹ Здаецца, літый з'яўляецца самым простым матэрыялам, але паказвае праблемы з цыклічнымі паводзінамі і ростам дендрытаў, што стварае кароткае замыканне.Вугляродзістыя аноды з'яўляюцца найбольш выкарыстоўваным анодным матэрыялам з-за іх нізкай кошту і даступнасці.Аднак тэарэтычная ёмістасць (372 мАг/г) нізкая ў параўнанні з шчыльнасцю зарада літыя (3862 мАг/г).Некаторыя намаганні з новымі разнавіднасцямі графіту і вугляроднымі нанатрубкамі спрабавалі павялічыць магутнасць, але прыйшлі цаной высокіх выдаткаў на апрацоўку.Аноды са сплаваў і інтэрметалідныя злучэнні валодаюць высокай магутнасцю, але таксама дэманструюць рэзкае змяненне аб'ёму, што прыводзіць да дрэнных паводзін пры цыкле.Былі зроблены намаганні, каб пераадолець змяненне аб'ёму, выкарыстоўваючы нанакрышталічныя матэрыялы і ўтрымліваючы фазу сплаву (з Al, Bi, Mg, Sb, Sn, Zn і іншымі) у нелегіруючай стабілізацыйнай матрыцы (з Co, Cu, Fe або Ni).Крэмній мае надзвычай высокую ёмістасць 4199 мАг/г, што адпавядае складу Si ₅ Лі ₂₂ .Аднак паводзіны пры яздзе на веласіпедзе дрэнныя, а зніжэнне ёмістасці яшчэ не зразумела.

электраліты

Бяспечная і даўгавечная батарэя мае патрэбу ў надзейным электраліце, які вытрымлівае наяўнае напружанне і высокія тэмпературы і мае працяглы тэрмін захоўвання, забяспечваючы пры гэтым высокую рухомасць іёнаў літыя.Тыпы ўключаюць вадкія, палімерныя і цвёрдацельныя электраліты. ¹¹ Вадкія электраліты - гэта ў асноўным арганічныя электраліты на аснове растваральнікаў, якія змяшчаюць LiBC ₄ О ₈ (ЛіБОБ), ЛіПФ ₆ , Лі[ПФ ₃ (C ₂ Ф ₅ ) ₃ ] ці падобнае.Самае важнае меркаванне - гэта іх гаручасць;самыя эфектыўныя растваральнікі маюць нізкую тэмпературу кіпення і тэмпературу ўспышкі каля 30°C.Такім чынам, вентыляцыя або выбух элемента і, як следства, батарэі ўяўляюць небяспеку.Раскладанне электраліта і вельмі экзатэрмічныя пабочныя рэакцыі ў літый-іённых батарэях могуць стварыць эфект, вядомы як «цеплавы ўцёкі».Такім чынам, выбар электраліта часта прадугледжвае кампраміс паміж гаручасцю і электрахімічнымі характарыстыкамі.

Сепаратары маюць убудаваныя механізмы цеплавога адключэння, і дадатковыя знешнія складаныя сістэмы кіравання тэрмічнай апрацоўкай дададзены да модуляў і акумулятараў.Іённыя вадкасці разглядаюцца з-за іх тэрмічнай стабільнасці, але маюць сур'ёзныя недахопы, такія як растварэнне літыя з анода.

Палімерныя электраліты - гэта іанаправодныя палімеры.Іх часта змешваюць у кампазітах з керамічнымі наначасціцамі, што прыводзіць да больш высокай праводнасці і ўстойлівасці да больш высокіх напружанняў.Акрамя таго, з-за іх высокай глейкасці і квазіцвёрдых паводзін палімерныя электраліты могуць перашкаджаць росту дендрытаў літыя ¹³ і, такім чынам, можа выкарыстоўвацца з металічнымі анодамі літыя.

Цвёрдымі электралітамі з'яўляюцца літый-іённыя правадзячыя крышталі і керамічныя шкла.Яны дэманструюць вельмі дрэнныя характарыстыкі пры нізкіх тэмпературах, таму што рухомасць літыя ў цвёрдым рэчыве значна зніжаецца пры нізкіх тэмпературах.Акрамя таго, цвёрдыя электраліты маюць патрэбу ў спецыяльных умовах нанясення і тэмпературнай апрацоўцы, каб атрымаць прымальныя паводзіны, што робіць іх надзвычай дарагімі ў выкарыстанні, хоць яны пазбаўляюць ад неабходнасці сепаратараў і рызыкі цеплавога ўцёкаў.

Сепаратары

Добры агляд матэрыялаў і патрэб сепаратараў прадстаўлены П. Арорай і З. Чжанам. ¹⁴ Як вынікае з назвы, сепаратар батарэі фізічна аддзяляе два электроды адзін ад аднаго, пазбягаючы такім чынам кароткага замыкання.У выпадку вадкага электраліта сепаратар - гэта пенапласт, які прасякнуты электралітам і ўтрымлівае яго на месцы.Ён павінен быць электронным ізалятарам, адначасова валодаючы мінімальнай устойлівасцю да электраліту, максімальнай механічнай устойлівасцю і хімічнай устойлівасцю да дэградацыі ў вельмі электрахімічна актыўным асяроддзі.Акрамя таго, сепаратар часта мае функцыю бяспекі, званую «цеплавое адключэнне»;пры падвышаных тэмпературах ён плавіцца або закрывае свае пары, каб спыніць транспарт літый-іёнаў без страты сваёй механічнай стабільнасці.Сепаратары альбо сінтэзуюцца ў лістах і збіраюцца з электродамі, альбо наносяцца на адзін электрод на месцы.З пункту гледжання кошту, апошні метад з'яўляецца пераважным, але стварае некаторыя іншыя праблемы сінтэзу, апрацоўкі і механічных праблем.Цвёрдацельныя электраліты і некаторыя палімерныя электраліты не маюць патрэбы ў сепаратары.