Nos últimos anos, com a melhoria contínua da densidade de energia das baterias de iões de lítio, os materiais tradicionais da bateria de íon de lítio estão sendo gradualmente miniaturizados e gradualmente substituídos pela estrela em ascensão, materiais NCA e NCM no lado positivo e materiais de Si no lado negativo com alta capacidade. A capacidade teórica do material de grafite 372mAh / g, a capacidade teórica de material de Si até 4200mAh / g (Li4.4Si), na prática, pode atingir cerca de 3000mAh / g, muito maior do que o material de grafite, mas há um material de Si muito óbvio Desvantagens - grande expansão de volume, no estado completo de expansão de volume de material de Si incorporado ao lítio até 300%, o que não só prejudicará a superfície do filme SEI das partículas de Si, causando instabilidade da interface, levando à perda de Li, mas também prejudicará o eletrodo A estrutura de rede condutora, que resulta na perda de materiais ativos, esses fatores levaram ao material de Si significativamente menor do que o desempenho do ciclo de materiais de grafite, embora muitas medidas tomadas para inibir a expansão de volume de materiais de Si, como nanotecnologia, nano-Si- SiOX sintético, mas o efeito não é satisfatório, até agora apenas o material SiOX alcançou algum sucesso na prática.
Para este fim, as pessoas continuam a promover a pesquisa de materiais de SiOX, sem abandonar o desenvolvimento de outros materiais anódicos de alta capacidade. Hoje, apresentamos os materiais de grafite reforçados com elementos da Terra Rara desenvolvidos por Xinyao Zheng et al. Após 250 ciclos, é mantida a alta capacidade de 720mAh / g, que é muito maior que a dos materiais comuns de grafite e também maior do que os materiais compostos de SiOX / grafite atualmente utilizados, e tem uma boa perspectiva de aplicação.
A capacidade teórica do material de grafite é de apenas 372mAh / g, para resolver o problema do material de grafite de baixa capacidade, o material composto de grafite Xinyao Zheng YH3 sintetizado por elementos de terras raras (Y em nome de elementos das terras raras), o estudo descobriu que um átomo de H YH3 possui eletricidade A atividade química, pode servir como um centro de carga negativa, com a capacidade de melhorar o Li incorporado em grafite, uma média de átomos de H ativos podem ser fixados 3.1-3.4 átomos de Li, então, sintetizando o composto YH3-grafite, tornando o Li negativo pela formação de LiC6, em A formação de Li5C16H, fortaleceu sua capacidade de incorporar Li.
Os compósitos de grafite YH3 foram sintetizados por moagem de bola do pó de YH3 e grafite em atmosfera de H2 a 0.4MPa. A análise de EDS mostrou que os elementos C e Y estavam uniformemente distribuídos no material (topo a) c mostra as primeiras curvas de impulso das amostras com YH3 / grafite = 0,5: 1 e amostras com YH2 / grafite = 0,5: 1. Pode ver-se a partir da figura que a primeira capacidade de inserção de lítio e a capacidade de delitagem da amostra YH3 / grafite são respectivamente 1430 mAh / g e 800mAh / g. Pode ser notado a partir dos padrões de difracção XRD de diferentes estados de intercalação que os picos de difracção de YH2 começam a ocorrer na amostra YH3 / grafite após a intercalação de lítio, enquanto que aqueles no estado de lítio totalmente intercalado consistem principalmente em YH2 e grafite, YH2 é convertido de volta para YH3 após a delitiação, indicando que apenas um átomo de H em YH3 está ativo durante o carregamento e a descarga.
A adição de YH3 não só faz com que a capacidade específica do compósito alcance 800mAh / g, mas também o material tenha um desempenho de ciclagem muito bom e a capacidade ainda pode atingir mais de 720mAh / g após 250 ciclos a 50mA (como mostrado na imagem acima a) O material abaixo do desempenho da taxa é relativamente fraco, quando a corrente aumentou de 50mA para 2500mA, a capacidade restante do material é de apenas 170mAh / g (Figura b).
Para investigar o mecanismo de YH3 sobre a capacidade dos materiais de grafite, Xinyao Zheng realizou testes de voltametria cíclica em materiais YH3, YH3 / grafite e YH2 / grafite, respectivamente. Os resultados são mostrados na figura acima, a partir da qual curva YH2 / grafite Semelhante ao material de grafite puro, um pico de corrente aparece em 0.2V, mas o pico atual do material de YH3 / grafite mostra diferença óbvia. Existe um pico atual em cerca de 0.18V, o que mostra que em YH3 e YH2 / grafite puro Os resultados mostraram que a adição de YH3 resultou em um novo mecanismo de intercalação de lítio em materiais de grafite. De acordo com a pesquisa acima, Xinyao Zheng pensou que um átomo de H em YH3 é eletroquimicamente ativo e pode aumentar significativamente a Capacidade de inserção de lítio, a reação mostrada abaixo.
A fim de compreender melhor o mecanismo de YH3 em materiais de grafite, Xinyao Zheng calculou o processo de inserção de lítio de composições de YH3 / grafite usando a teoria da função de densidade. Os resultados do cálculo mostram que o papel dos átomos de H no material é fornecer uma carga negativa Os centros de sexo, os átomos de H ocupam o centro de um hexágono hexagonal de carbono hexagonal serão incorporados dentro do Li, o que melhorou a capacidade de armazenamento de material de grafite Li.
O material YH3 / grafite desenvolvido por Xinyao Zheng et al. Melhora a capacidade de intercalação de lítio de materiais de grafite adicionando hidreto de elementos de terras raras. Ao contrário da mistura de material comum, a adição de YH3 forma uma camada de átomo de carbono com átomos de H como O centro de electronegatividade do centro pode efetivamente aumentar a capacidade de Li incorporada de materiais de grafite e melhorar a capacidade do material. Mais importante ainda, o material não só tem alta capacidade, mas também possui excelente desempenho de ciclagem. A capacidade da bateria é de quase 250mA a 250 ciclos Não há declínio, mas o material pela primeira vez ainda há baixa eficiência e taxa de mau desempenho e outras questões ainda precisam ser resolvidas.
