В последние годы с быстрым ростом спроса на энергоносители он также привел к быстрому росту цен на сырьевые товары. В частности, сырьевые материалы, такие как Li, Co и Ni, резко возросли в ценах на 2017 год, которые сильно сжали литиево-ионные батареи Прибыли прибыли, но также становятся еще одним препятствием для стоимости литий-ионной батареи. Чтобы снизить себестоимость литий-ионных батарей, в том числе ионно-ионных аккумуляторов, ионные батареи Na и другие недорогие батареи быстро развивались в последние годы, катодные материалы, электролиты Проделали большой прогресс, но из-за радиуса ионов K + и Na + относительно велики, поэтому доступный материал отрицательного электрода для встроенного выбора или растяжения препятствует разработке и применению этих недорогих батарей. Для решения проблемы использования твердого углерода и других традиционных материалов в Встраиваемые в K, Na-ионы в плохом исполнении проблемы, Пекинский университет Jiaxin Zheng и др. На основе традиционной ионно-ионной батареи, путем оптимизации формулы батареи для достижения положительных и отрицательных реакций соответственно разных типов реакций: положительный по-прежнему остается K + Встраиваемый и пролапс, но отрицательный электрод с использованием графитового материала для Li + встраивания и пролапса, так что и K-ионная батарея Затраты, но и принимать во внимание высокую производительность литий-ионный аккумулятор.
Мы знаем, что литиево-ионные батареи действительно участвуют в электрохимической реакции, имеют три основные части: катод, отрицательный электрод и электролит, зарядка литиево-ионным аккумулятором, одновременно происходят две реакции: 1) положительный выпадение Li + в электролит 2) Li + в электролите встроен в отрицательный электрод. Следует отметить, что эти две реакции протекают одновременно, то есть Li + в электролите внедряется в отрицательный электрод под электрическим полем и одновременно выгружается из положительного электрода Li + пополнит восстановленный Li + в электролите, что дает новую идею для оптимизации структуры K-ионной батареи. Jiaxin Zheng предложил решение о том, что материал положительного электрода K-ионной батареи все еще используется, но электролит необходимо использовать одновременно Содержащий смешанный электролит K + и Li + отрицательный электрод с использованием традиционного материала отрицательного электрода из литиево-ионного аккумулятора - графитового материала, который заряжает в процессе K + из положительного электрода в электролит в Li +, встроенный в графит (Из-за радиуса ионов K + относительно велика, не может быть встроена в графит), эта конструкция при сохранении K-ионной батареи при низких затратах, но также обеспечивает хорошую производительность цикла батареи , Напряжение аккумулятора достигает 3,6 В, 5000 циклов без значительного снижения.
При выборе материалов катода Jiaxin Zheng выбрал K2NiFeII (CN) 6, общий катодный материал батареи K +, который имеет разный механизм взаимодействия ионов щелочных металлов и O в катодных материалах обычных литий-ионных батарей. Положительный электродный материал K-ионной батареи, такой как K2NiFeII (CN) 6) взаимодействует с 12 CNs через p электронов, и в результате вычислительных исследований было обнаружено, что увеличение ионного радиуса щелочного металла в случае взаимодействия с p-электронами может увеличить концентрацию ионов щелочных металлов Напряжение платформы K +, встроенное в материал (3,59 В), на 0,28 В выше напряжения Li + интеркаляции (3,31 В) В процессе K + сначала будет внедряться в материал катода. В отрицательном из-за радиуса K + относительно коротко, поэтому отрицательный почти только встроенный Li +, тем самым гарантируя, что Li + вложен только в отрицательный, K +, только встроенный в положительный, Положительные и отрицательные не будут влиять друг на друга.
Как видно из графика ниже, когда K2NiFeII (CN) 6 используется в качестве положительного электрода (LiPF6 с электролитом 1 моль / л), пик пика пучка K + около 3,59 В можно увидеть в циклической вольтамперограмме , Указывая, что в это время будет вкладываться только K + в материал положительного электрода, но после 30 циклов на отрицательном электроде 3,3 В появляется также пик тока, главным образом потому, что концентрация K + в электролите слишком низкая, что приводит к частичной перестановке Li + Катодный материал. Если часть KPF6 в электролите может эффективно предотвращать проникновение Li + в материал катода (как показано на рисунке c, электролит составляет 0,5 моль / л KPF6 и 0,5 ммоль / л LiPF6 смешанного растворенного вещества ).
В материале отрицательного электрода Jiaxin Zheng выбрал обычный коммерческий литий-ионный аккумуляторный катодный материал - графит, согласно предыдущим результатам исследований, из-за радиуса ионов Li + значительно меньше, чем K +, Li + легче встроен в графитовый материал, поэтому, когда Графитовый материал в качестве асимметричного отрицательного электрода отрицательного электрода K / Li, чтобы гарантировать, что только отрицательный вкладыш Li +, а положительный только встроен в K +.
На следующем рисунке показаны электрохимические характеристики асимметричной двух ионной батареи K / Li, разработанной Jiaxin Zheng. K2NiFeII (CN) 6 используется в качестве положительного электрода, а графит используется в качестве материала отрицательного электрода (предварительное литиевание было выполнено для предотвращения SEI Li расходуется во время формирования пленки), 0,5 М KPF6 и 0,5 М LiPF6 в качестве электролита.
Как видно из графика а, платформа напряжения этой батареи находится в районе 3,6 В, соответствующий К + реагирует и выходит из положительного электрода, а емкость положительного электрода остается на уровне 71,2 мАч / г после 100 циклов, теоретическое значение 70,7 мАч / g очень близка, а по сравнению с чистым аккумулятором K-ion значительно улучшена асимметричная производительность увеличения двух ионных батарей Li / K (показано ниже b). Наиболее важным является то, что батарея также показала очень Хорошая производительность цикла, без значительного снижения в 5000 циклов при увеличении 30 ° C (синяя кривая, показанная на следующей диаграмме c). Мы также заметили, что массовое отношение положительных и отрицательных электродов оказывает значительное влияние на характеристики езды на велосипеде (Массовое отношение положительное: отрицательное = 1: 2, в это время отрицательная способность электрода в 8 раз больше положительного) может значительно улучшить производительность цикла батареи, Xiaobian привести к основной проблеме, это количество отрицательного электрода слишком велико Селективность графита к двум видам ионов не так хороша, как ожидалось. В результате, когда отрицательный электрод графита слишком мал, часть K + будет внедрена во время цикла, что приведет к снижению производительности цикла. Селективность отрицательного электрода может быть улучшена с помощью искусственной селективной пленки SEI , Уменьшенное количество графита отрицательного электрода.
Работа Jiaxin Zheng дает новую идею для дизайна батареи K-ion. Если на данный момент мы не можем найти подходящий материал отрицательного электрода K +, тогда мы просто используем отрицательную, положительную и отрицательную работу литий-ионной батареи, Влияние и эффективное обеспечение работы батареи. Хотя технология еще не созрела, есть много проблем, которые необходимо решить, например, емкость катодного материала низкая, требования к дизайну отрицательной электроды, но по мере созревания технологии эти проблемы Можно постепенно решить, и эти дизайнерские идеи могут помочь нам лучше продвигать другие, такие как дизайн ионно-ионных батарей, способствовать популяризации и применению новых батарей.
