ຂ່າວອຸດສາຫະກໍາ

ການອອກແບບໄຟຟ້າໃnew່ທີ່ສາມາດເສີມຂະຫຍາຍປະສິດທິພາບຂອງແບັດເຕີຣີ Li-ion

2021-08-03

ຮູບພາບສະແດງໃຫ້ເຫັນອະນຸພາກ Si ທີ່ປົກຄຸມດ້ວຍ SEF ທີ່ອຸດົມດ້ວຍ LiF. ສິນເຊື່ອ: Chen et al.


ແບັດເຕີຣີລີທຽມ-ໄອອອນ (LIBs) ທີ່ມີຢູ່ເກືອບທັງintegົດປະສົມປະສານກັບ anodes graphite, ເຊິ່ງມີຄວາມຈຸປະມານ 350 milliamp hours (mAh) ຕໍ່ກຼາມ. ຄວາມອາດສາມາດຂອງຊິລິໂຄນ anodes ແມ່ນສູງກ່ວາຂອງຄູ່ປະສົມ graphite ເກືອບ 10 ເທົ່າ (ປະມານ 2,800 mAh ຕໍ່ກຼາມ), ແລະດັ່ງນັ້ນທາງທິດສະດີສາມາດເຮັດໃຫ້ການພັດທະນາແບັດເຕີຣີ lithium ທີ່ມີຂະ ໜາດ ກະທັດຮັດແລະເບົາກວ່າ.

ເຖິງວ່າຈະມີຄວາມສາມາດສູງກວ່າ, ແຕ່ມາຮອດປະຈຸບັນ, anodes ຊິລິໂຄນບໍ່ສາມາດແຂ່ງຂັນກັບ anodes graphite ໄດ້, ເນື່ອງຈາກຊິລິໂຄນຂະຫຍາຍແລະເຮັດສັນຍາໃນລະຫວ່າງການປະຕິບັດງານຂອງແບັດເຕີຣີ, ສະນັ້ນຊັ້ນປ້ອງກັນດ້ານນອກຂອງ anodes ສາມາດແຕກໄດ້ງ່າຍໃນຂະນະທີ່ແບັດເຕີຣີເຮັດວຽກຢູ່. ຢູ່ໃນເອກະສານສະບັບຫຼ້າສຸດທີ່ຕີພິມໃນ Energy‚‚ Nature Energy, ທີມນັກຄົ້ນຄວ້າທີ່ມະຫາວິທະຍາໄລ Maryland College Park ແລະຫ້ອງທົດລອງຄົ້ນຄ້ວາກອງທັບໄດ້ລາຍງານການອອກແບບ electrolyte ໃthat່ທີ່ສາມາດເອົາຊະນະຂໍ້ຈໍາກັດຂອງ anode silicon ທີ່ມີຢູ່.
"Silicon anodes ແລະຊັ້ນປ້ອງກັນ electrolyte interphase (SEI) ທີ່ສ້າງຂຶ້ນຂອງພວກມັນງ່າຍຕໍ່ການເຮັດໃຫ້ເປັນverຸ່ນລະຫວ່າງການປະຕິບັດງານຂອງແບັດເຕີຣີ, ເພາະວ່າ SEI ມີຄວາມຜູກພັນກັບ Si ຫຼາຍ, ສະນັ້ນທັງສອງປະສົບກັບການປ່ຽນແປງຫຼາຍສົມຄວນ," Ji Chen, ໜຶ່ງ ໃນນັກຄົ້ນຄວ້າຊັ້ນນໍາທີ່ດໍາເນີນການ. ອອກຈາກການສຶກສາ, ບອກ Phys.org.
SEI ແມ່ນຊັ້ນປົກປ້ອງທີ່ປະກອບເປັນ ທຳ ມະຊາດເມື່ອອະນຸພາກຂອງ anode ຢູ່ໃນການພົວພັນໂດຍກົງກັບ electrolyte. ຊັ້ນນີ້ເຮັດ ໜ້າ ທີ່ເປັນອຸປະສັກທີ່ປ້ອງກັນບໍ່ໃຫ້ເກີດປະຕິກິລິຍາເພີ່ມເຕີມຈາກການເກີດຂຶ້ນພາຍໃນແບັດເຕີຣີ, ແຍກ anode ອອກຈາກ electrolyte.
ທ່ານ Oleg Borodin, ນັກເຄມີອາວຸໂສທີ່ມີສ່ວນຮ່ວມໃນການສຶກສາຢູ່ຫ້ອງທົດລອງການຄົ້ນຄວ້າກອງທັບກ່າວວ່າ "ຖ້າຊັ້ນປ້ອງກັນນີ້ໄດ້ຮັບຄວາມເສຍຫາຍໃນລະຫວ່າງການຂະຫຍາຍຫຼືການຫົດຕົວຂອງ Si anode, ອະນຸພາກ anode ທີ່ເປີດໃreact່ຈະມີປະຕິກິລິຍາຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງກັບ electrolyte ຈົນກວ່າມັນຈະduringົດໃນລະຫວ່າງການຂີ່ລົດຖີບ." Phys.org.
ເປັນເວລາຫຼາຍກວ່າ ໜຶ່ງ ທົດສະວັດ, ກຸ່ມຄົ້ນຄ້ວາໃນທົ່ວໂລກໄດ້ພະຍາຍາມເອົາຊະນະບັນຫາການປ້ອງກັນການໃຊ້ຊິລິໂຄນ anodes ໃນ LIBs, ຕົ້ນຕໍໂດຍການອອກແບບ SEIs ທີ່ມີຄວາມຍືດຍຸ່ນແລະປອດສານພິດທີ່ຂະຫຍາຍໄປດ້ວຍ anodes. ແນວໃດກໍ່ຕາມ, ວິທີແກ້ໄຂສ່ວນໃຫຍ່ທີ່ເຂົາເຈົ້າພັດທະນາ, ໄດ້ພິສູດວ່າບໍ່ມີປະສິດທິພາບທັງorົດຫຼືມີປະສິດທິພາບເລັກນ້ອຍ, ສະນັ້ນມີພຽງບາງສ່ວນປ້ອງກັນຄວາມເສຍຫາຍຂອງ SEI.


"ເປັນເວລາດົນນານມາແລ້ວ, ຊຸມຊົນຄົ້ນຄ້ວາ LIB ໄດ້ພະຍາຍາມສ້າງເຕັກນິກເພື່ອເຮັດໃຫ້ anodes ມີຄວາມສາມາດສູງຄືກັບ Si. Maryland (UMD), ຜູ້ທີ່ຍັງເປັນຜູ້ອໍານວຍການ UMD ຂອງສູນຄົ້ນຄ້ວາໃນສະຖານີໂທລະທີ່ສຸດ. "ນັກຄົ້ນຄວ້າເຫຼົ່ານີ້ສ່ວນຫຼາຍກໍາລັງເຮັດວຽກຢູ່ໃນລະດັບວັດສະດຸ Si ໂດຍການນໍາສະ ເໜີ ຂະບວນການ nanofabrication ແພງ. ພວກເຮົາໄດ້ພະຍາຍາມແກ້ໄຂບັນຫານີ້ແຕກຕ່າງກັນໂດຍການອອກແບບ electrolyte ແລະ SEI ທີ່ສອດຄ້ອງກັນສໍາລັບ anodes ຄວາມສາມາດສູງ."

Chen, Borodin, Wang ແລະເພື່ອນຮ່ວມງານຂອງເຂົາເຈົ້າໄດ້ອອກແບບ electrolyte ທີ່ສາມາດເສີມຂະຫຍາຍປະສິດທິພາບຂອງ anode silicon microsized ໃນ LIBs, ປ້ອງກັນຄວາມເສຍຫາຍຕໍ່ອຸປະສັກປ້ອງກັນພາຍນອກຂອງເຂົາເຈົ້າ. ເມື່ອປຽບທຽບກັບວິທີແກ້ໄຂທີ່ໄດ້ສະ ເໜີ ໄປກ່ອນ ໜ້າ ນີ້, ວິທີການຂອງເຂົາເຈົ້າຫຼຸດຜ່ອນການເຊື່ອມໂຊມຂອງເອເລັກໂທຼນິກໄດ້ ໜ້ອຍ ລົງ, ສະນັ້ນຈຶ່ງເຮັດໃຫ້ການຂີ່ລົດຖີບlongerໍ້ໄຟຍາວຂຶ້ນຫຼາຍກ່ອນທີ່ມັນຈະສູນເສຍຄວາມສາມາດ.

ເປົ້າultimateາຍສຸດທ້າຍຂອງການສຶກສາຂອງນັກຄົ້ນຄວ້າແມ່ນເພື່ອກໍານົດວິທີການແກ້ບັນຫາແບບສາກົນທີ່ສາມາດອໍານວຍຄວາມສະດວກໃຫ້ແກ່ການພັດທະນາ anodes ຄວາມສາມາດສູງສໍາລັບແບັດເຕີຣີ Li. ເພື່ອບັນລຸເປົ້າthisາຍນີ້, ເຂົາເຈົ້າໄດ້ອອກແບບ electrolytes ໂດຍໃຊ້ LiPF6, ເປັນເກືອທີ່ທັນສະໄ, ແລະສ່ວນປະສົມຂອງທາດລະລາຍອີເທີ, ປະກອບເປັນຊັ້ນປ້ອງກັນ SEI ທີ່ອຸດົມດ້ວຍ LiF ທີ່ເຂັ້ມແຂງທີ່ສຸດ.

"ໂຄງສ້າງການລະລາຍພິເສດ (ການປະຕິສໍາພັນລະຫວ່າງເກືອກັບຕົວລະລາຍ) ແລະຊ່ອງຫວ່າງກວ້າງລະຫວ່າງແນວໂນ້ມການຫຼຸດຜ່ອນຂອງເກືອແລະຕົວລະລາຍສົ່ງເສີມການສ້າງ SEI ທີ່ອຸດົມດ້ວຍ LiF ທີ່ມີເອກະລັກຢູ່ເທິງ Si ທີ່ມີປະໂຫຍດຫຼາຍສໍາລັບການຂີ່ລົດຖີບຄວາມສາມາດສູງ. ຖ້າເປັນໄປໄດ້,” Oleg ອະທິບາຍ. "electrolyte ທີ່ພວກເຮົາອອກແບບສະ ໜອງ ໃຫ້ມີການແກ້ໄຂບັນຫາສໍາລັບເຕັກໂນໂລຍີ LIB ໃນປະຈຸບັນໂດຍບໍ່ຈໍາເປັນຕ້ອງມີການປະມວນຜົນລາຄາແພງ, ໃນຂະນະທີ່ຮັກສາສະຖຽນລະພາບການຂີ່ລົດຖີບສູງແລະປະສິດທິພາບ Coulombic (CE) ທີ່ບໍ່ເຄີຍມີມາກ່ອນ."

ການສຶກສາຫຼ້າສຸດໂດຍ Chen, Borodin, Wang ແລະເພື່ອນຮ່ວມງານຂອງເຂົາເຈົ້າພິສູດວ່າການບັນລຸການຂີ່ລົດຖີບທີ່ດີແລະມີ CE ສູງໃນ LIBs ທີ່ມີ silicon anodes ແມ່ນ, ໃນຄວາມເປັນຈິງ, ເປັນໄປໄດ້, ແລະມັນສາມາດປະສົບຜົນສໍາເລັດໄດ້ດ້ວຍການປ່ຽນ electrolyte ພາຍໃນແບັດເຕີຣີ, ເຊິ່ງກ່ອນ ໜ້າ ນີ້ ຖືວ່າເປັນໄປບໍ່ໄດ້ຫຼືເປັນໄປບໍ່ໄດ້ທັງົດ. ຫຼັກການທີ່ຢູ່ເບື້ອງຫຼັງການອອກແບບ electrolyte ຂອງເຂົາເຈົ້າຍັງສາມາດນໍາໃຊ້ທາງດ້ານທິດສະດີກັບ anodes ໂລຫະປະສົມທີ່ມີຄວາມສາມາດສູງທັງົດ. ໃນອະນາຄົດ, ການອອກແບບນີ້ສາມາດເຮັດໃຫ້ການສ້າງແບັດເຕີຣີລິທຽມທີ່ມີປະສິດທິພາບດີກວ່າເກົ່າເຊິ່ງບັນຈຸມີ anodes ອີງໃສ່ວັດສະດຸອື່ນນອກຈາກກຼາຟ.

ທ່ານ Wang ກ່າວວ່າ "ການຄົ້ນພົບຂອງພວກເຮົາຊີ້ໃຫ້ເຫັນທິດທາງໃfor່ສໍາລັບການອອກແບບ electrolyte ແລະສາມາດໃຫ້ທີມງານຄົ້ນຄ້ວາມີຄວາມັ້ນໃຈໃນທົ່ວໂລກໃນການນໍາໃຊ້ວັດສະດຸ anode ທີ່ມີຄວາມສາມາດສູງໃນ LIBs,". "ຂັ້ນຕອນຕໍ່ໄປຂອງພວກເຮົາແມ່ນເພື່ອປັບປຸງປ່ອງຢ້ຽມແຮງດັນໄຟຟ້າຂອງໄຟຟ້າແລະພະຍາຍາມໃຫ້ການອະນຸຍາດເຕັກໂນໂລຍີ.