Liema materjali huma f'batterija tal-jone tal-litju?

Materjali tal-katodi tal-aktar avvanzati jinkludu ossidi tal-litju-metall [bħal LiCoO ₂ , LiMn ₂ O ₄ , u Li(NixMnyCoz)O ₂ ], ossidi tal-vanadju, żebbuġ (bħal LiFePO ₄ ), u ossidi tal-litju rikarikabbli. ^11,12 L-ossidi f'saffi li fihom il-kobalt u n-nikil huma l-aktar materjali studjati għall-batteriji tal-jone tal-litju.Huma juru stabbiltà għolja fil-medda ta 'vultaġġ għoli iżda l-kobalt għandu disponibbiltà limitata fin-natura u huwa tossiku, li huwa żvantaġġ tremend għall-manifattura tal-massa.Il-manganiż joffri sostituzzjoni bi prezz baxx b'limitu termali għoli u kapaċitajiet ta 'rata eċċellenti iżda imġieba limitata taċ-ċikliżmu.Għalhekk, taħlitiet ta 'kobalt, nikil, u manganiż spiss jintużaw biex jgħaqqdu l-aħjar proprjetajiet u jimminimizzaw l-iżvantaġġi.L-ossidi tal-vanadju għandhom kapaċità kbira u kinetika eċċellenti.Madankollu, minħabba l-inserzjoni u l-estrazzjoni tal-litju, il-materjal għandu tendenza li jsir amorfu, li jillimita l-imġieba taċ-ċikliżmu.Iż-żebbuġ mhumiex tossiċi u għandhom kapaċità moderata b'fade baxx minħabba ċ-ċikliżmu, iżda l-konduttività tagħhom hija baxxa.Ġew introdotti metodi ta 'kisi tal-materjal li jagħmlu tajjeb għall-konduttività fqira, iżda żżid xi spejjeż tal-ipproċessar għall-batterija.

Materjali tal-Anodi

Il-materjali ta 'l-anodi huma litju, grafita, materjali ta' liga tal-litju, intermetalliċi, jew silikon. ¹¹ Il-litju jidher li huwa l-aktar materjal sempliċi iżda juri problemi bl-imġieba taċ-ċikliżmu u t-tkabbir dendritiku, li joħloq short circuits.L-anodi karboniċi huma l-aktar materjal anodiku utilizzat minħabba l-ispiża baxxa u d-disponibbiltà tagħhom.Madankollu, il-kapaċità teoretika (372 mAh/g) hija fqira meta mqabbla mad-densità ta 'ċarġ tal-litju (3,862 mAh/g).Xi sforzi b'varjetajiet ġodda tal-grafita u nanotubi tal-karbonju ppruvaw iżidu l-kapaċità iżda waslu bil-prezz ta 'spejjeż għoljin tal-ipproċessar.L-anodi tal-liga u l-komposti intermetalliċi għandhom kapaċitajiet għoljin iżda juru wkoll bidla drammatika fil-volum, li tirriżulta f'imġieba fqira taċ-ċikliżmu.Saru sforzi biex tingħeleb il-bidla fil-volum bl-użu ta’ materjali nanokristallini u billi l-fażi tal-liga (b’Al, Bi, Mg, Sb, Sn, Zn, u oħrajn) f’matriċi ta’ stabbilizzazzjoni mhux liga (b’Co, Cu, Fe, jew Ni).Is-silikon għandu kapaċità estremament għolja ta '4,199 mAh/g, li tikkorrispondi ma' kompożizzjoni ta 'Si ₅ Li ₂₂ .Madankollu, l-imġieba taċ-ċikliżmu hija fqira, u l-fading tal-kapaċità għadha mhix mifhuma.

Elettroliti

Batterija sigura u fit-tul teħtieġ elettrolit robust li jiflaħ vultaġġ eżistenti u temperaturi għoljin u li għandu ħajja twila fuq l-ixkaffa filwaqt li joffri mobilità għolja għall-joni tal-litju.It-tipi jinkludu elettroliti likwidi, polimeri u fi stat solidu. ¹¹ L-elettroliti likwidi huma l-aktar elettroliti organiċi, ibbażati fuq solventi li fihom LiBC ₄ O ₈ (LiBOB), LiPF ₆ , Li[PF ₃ (Ċ ₂ F ₅ ) ₃ ], jew simili.L-aktar konsiderazzjoni importanti hija l-fjammabbiltà tagħhom;is-solventi bl-aħjar prestazzjoni għandhom punti ta 'togħlija baxxi u għandhom punti ta' fjammabbiltà madwar 30 ° C.Għalhekk, venting jew splużjoni taċ-ċellula u sussegwentement il-batterija joħolqu periklu.Id-dekompożizzjoni tal-elettroliti u reazzjonijiet sekondarji eżotermiċi ħafna fil-batteriji tal-jone tal-litju jistgħu joħolqu effett magħruf bħala "runaway termali."Għalhekk, l-għażla ta 'elettrolit ħafna drabi tinvolvi kompromess bejn il-fjammabbiltà u l-prestazzjoni elettrokimika.

Is-separaturi għandhom mekkaniżmi ta 'għeluq termali integrati, u sistemi ta' ġestjoni termali sofistikati esterni addizzjonali huma miżjuda mal-moduli u l-pakketti tal-batteriji.Likwidi joniċi huma taħt konsiderazzjoni minħabba l-istabbiltà termali tagħhom iżda għandhom żvantaġġi kbar, bħat-dissoluzzjoni tal-litju barra mill-anodu.

L-elettroliti tal-polimeru huma polimeri joniċi konduttivi.Ħafna drabi huma mħallta f'kompożiti ma 'nanopartiċelli taċ-ċeramika, li jirriżultaw f'konduttivitajiet ogħla u reżistenza għal vultaġġi ogħla.Barra minn hekk, minħabba l-viskożità għolja u l-imġieba kważi solida tagħhom, l-elettroliti tal-polimer jistgħu jinibixxu lid-dendriti tal-litju milli jikbru ¹³ u għalhekk jista 'jintuża ma' anodi tal-metall tal-litju.

L-elettroliti solidi huma kristalli konduttivi tal-jone tal-litju u nuċċalijiet taċ-ċeramika.Huma juru prestazzjoni fqira ħafna f'temperatura baxxa minħabba li l-mobilità tal-litju fis-solidu titnaqqas ħafna f'temperaturi baxxi.Barra minn hekk, elettroliti solidi jeħtieġu kundizzjonijiet speċjali ta 'depożizzjoni u trattamenti ta' temperatura biex jiksbu mġiba aċċettabbli, li jagħmluhom estremament għaljin fl-użu, għalkemm jeliminaw il-ħtieġa għal separaturi u r-riskju ta 'runaway termali.

Separaturi

Reviżjoni tajba tal-materjali u l-ħtiġijiet separaturi hija pprovduta minn P. Arora u Z. Zhang. ¹⁴ Kif jissuġġerixxi ismu, is-separatur tal-batterija jifred iż-żewġ elettrodi fiżikament minn xulxin, u b'hekk jevita ċirkwit qasir.Fil-każ ta 'elettrolit likwidu, is-separatur huwa materjal tal-fowm li huwa mxarrba bl-elettrolit u jżommu f'postu.Jeħtieġ li jkun iżolatur elettroniku filwaqt li jkollu reżistenza minima għall-elettroliti, stabbiltà mekkanika massima, u reżistenza kimika għad-degradazzjoni fl-ambjent elettrokimiku attiv ħafna.Barra minn hekk, is-separatur ta 'spiss ikollu karatteristika ta' sikurezza, imsejħa "għeluq termali;"f'temperaturi elevati, jiddewweb jew jagħlaq il-pori tiegħu biex jagħlaq it-trasport tal-jone tal-litju mingħajr ma jitlef l-istabbiltà mekkanika tiegħu.Is-separaturi huma jew sintetizzati f'folji u mmuntati bl-elettrodi jew depożitati fuq elettrodu wieħed in situ.Costwise, dan tal-aħħar huwa l-metodu preferibbli iżda joħloq xi problemi oħra ta 'sinteżi, immaniġġjar u mekkaniċi.L-elettroliti fi stat solidu u xi elettroliti tal-polimeru m'għandhomx bżonn separatur.