Ni nyenzo gani ziko kwenye betri ya ioni ya lithiamu?

Nyenzo za kisasa za cathode ni pamoja na oksidi za lithiamu-metali [kama vile LiCoO ₂ , LiMn ₂ O ₄ , na Li(NixMnyCoz)O ₂ ], oksidi za vanadium, mizeituni (kama vile LiFePO ₄ ), na oksidi za lithiamu zinazoweza kuchajiwa tena. ^11,12 Oksidi za tabaka zenye kobalti na nikeli ndio nyenzo zilizosomwa zaidi kwa betri za lithiamu-ioni.Zinaonyesha uthabiti wa hali ya juu katika safu ya voltage ya juu lakini cobalt ina upatikanaji mdogo wa asili na ni sumu, ambayo ni shida kubwa kwa utengenezaji wa wingi.Manganese hutoa uingizwaji wa gharama ya chini na kiwango cha juu cha joto na uwezo bora wa kiwango lakini tabia ndogo ya baiskeli.Kwa hiyo, mchanganyiko wa cobalt, nickel, na manganese mara nyingi hutumiwa kuchanganya mali bora na kupunguza vikwazo.Oksidi za Vanadium zina uwezo mkubwa na kinetics bora.Hata hivyo, kutokana na uingizaji wa lithiamu na uchimbaji, nyenzo huwa na amorphous, ambayo hupunguza tabia ya baiskeli.Mizeituni haina sumu na ina uwezo wa wastani na kufifia kidogo kwa sababu ya baiskeli, lakini conductivity yao ni ya chini.Njia za mipako ya nyenzo zimeanzishwa ambazo hufanya kwa conductivity mbaya, lakini huongeza gharama fulani za usindikaji kwa betri.

Nyenzo za Anode

Nyenzo za anode ni lithiamu, grafiti, vifaa vya aloyi ya lithiamu, intermetallics, au silicon. ¹¹ Lithiamu inaonekana kuwa nyenzo iliyonyooka zaidi lakini inaonyesha shida na tabia ya baiskeli na ukuaji wa dendritic, ambayo huunda saketi fupi.Anodi za kaboni ndizo nyenzo za anodi zinazotumiwa zaidi kutokana na gharama ya chini na upatikanaji.Hata hivyo, uwezo wa kinadharia (372 mAh/g) ni duni ikilinganishwa na msongamano wa chaji wa lithiamu (3,862 mAh/g).Jitihada zingine za aina mpya za grafiti na nanotube za kaboni zimejaribu kuongeza uwezo lakini zimekuja na bei ya gharama kubwa za usindikaji.Anodi za aloi na misombo ya metali ina uwezo wa juu lakini pia inaonyesha mabadiliko makubwa ya kiasi, na kusababisha tabia mbaya ya baiskeli.Jitihada zimefanywa ili kuondokana na mabadiliko ya sauti kwa kutumia nyenzo za nanocrystalline na kwa kuwa na awamu ya aloi (pamoja na Al, Bi, Mg, Sb, Sn, Zn, na wengine) katika matrix ya uimarishaji isiyo na alloying (pamoja na Co, Cu, Fe, au Ni).Silicon ina uwezo wa juu sana wa 4,199 mAh/g, sambamba na muundo wa Si ₅ Li ₂₂ .Hata hivyo, tabia ya kuendesha baiskeli ni duni, na uwezo unafifia bado haujaeleweka.

Electrolytes

Betri iliyo salama na inayodumu kwa muda mrefu inahitaji elektroliti thabiti inayoweza kustahimili volteji iliyopo na halijoto ya juu na ambayo ina maisha marefu ya rafu huku ikitoa uhamaji wa juu kwa ayoni za lithiamu.Aina ni pamoja na kioevu, polima, na elektroliti za hali dhabiti. ¹¹ Elektroliti za kioevu mara nyingi ni kikaboni, elektroliti zenye kutengenezea zenye LiBC ₄ O ₈ (LiBOB), LiPF ₆ , Li[PF ₃ (C ₂ F ₅ ) ₃ ], au sawa.Kuzingatia muhimu zaidi ni kuwaka kwao;vimumunyisho vinavyofanya kazi vizuri zaidi vina sehemu za chini za kuchemka na vina vimumunyisho karibu 30°C.Kwa hiyo, uingizaji hewa au mlipuko wa seli na baadaye betri huleta hatari.Mtengano wa elektroliti na athari mbaya sana za joto katika betri za lithiamu-ioni zinaweza kuunda athari inayojulikana kama "kukimbia kwa joto."Kwa hivyo, uteuzi wa elektroliti mara nyingi huhusisha biashara kati ya kuwaka na utendaji wa kielektroniki.

Vitenganishi vina taratibu za kuzima mafuta zilizojengewa ndani, na mifumo ya ziada ya nje ya hali ya juu ya usimamizi wa mafuta huongezwa kwenye moduli na pakiti za betri.Vimiminika vya ioni vinazingatiwa kwa sababu ya uthabiti wao wa joto lakini vina hitilafu kuu, kama vile kuyeyuka kwa lithiamu nje ya anodi.

Elektroliti za polima ni polima zinazopitisha ioni.Mara nyingi huchanganywa katika mchanganyiko na nanoparticles kauri, na kusababisha conductivities ya juu na upinzani dhidi ya voltages ya juu.Kwa kuongezea, kwa sababu ya mnato wao wa juu na tabia dhabiti, elektroliti za polima zinaweza kuzuia dendrites za lithiamu kukua. ¹³ na kwa hivyo inaweza kutumika na anodi za chuma za lithiamu.

Elektroliti imara ni fuwele za conductive za lithiamu-ioni na glasi za kauri.Zinaonyesha utendaji duni sana wa halijoto ya chini kwa sababu uhamaji wa lithiamu katika kigumu hupunguzwa sana kwa joto la chini.Kwa kuongezea, elektroliti thabiti zinahitaji hali maalum za utuaji na matibabu ya joto ili kupata tabia inayokubalika, na kuzifanya kuwa ghali sana katika matumizi, ingawa zinaondoa hitaji la vitenganishi na hatari ya kukimbia kwa joto.

Vitenganishi

Mapitio mazuri ya vifaa vya kutenganisha na mahitaji hutolewa na P. Arora na Z. Zhang. ¹⁴ Kama jina lake linavyopendekeza, kitenganishi cha betri hutenganisha elektrodi mbili kimwili kutoka kwa kila mmoja, na hivyo kuepuka mzunguko mfupi.Katika kesi ya electrolyte ya kioevu, mtenganishaji ni nyenzo za povu ambazo humekwa na electrolyte na hushikilia mahali pake.Inahitaji kuwa kizio cha kielektroniki huku ikiwa na ukinzani mdogo wa elektroliti, uthabiti wa hali ya juu wa kimitambo, na ukinzani wa kemikali dhidi ya uharibifu katika mazingira amilifu sana ya kielektroniki.Kwa kuongeza, kitenganishi mara nyingi kina kipengele cha usalama, kinachoitwa "kuzima kwa joto;"kwa joto la juu, huyeyuka au kufunga pores zake ili kuzima usafiri wa lithiamu-ioni bila kupoteza utulivu wake wa mitambo.Vitenganishi ama huunganishwa katika laha na kuunganishwa na elektrodi au kuwekwa kwenye elektrodi moja katika situ.Kwa gharama, ya pili ndiyo njia inayopendekezwa lakini inaleta matatizo mengine ya usanisi, ushughulikiaji, na kiufundi.Elektroliti za hali mango na elektroliti za polima hazihitaji kitenganishi.