بعد أكثر من عقدين من التطوير ، حققت بطاريات الليثيوم- أيون تقدمًا ملحوظًا في المواد والتصميم ، حيث استمرت الطاقة الخاصة التي تبلغ 260 واط / كجم ، وهي أعلى من 80Wh / kg الحالية ، في الزيادة. النيكل ثلاثية المواد الكربونية المواد / السيليكون هو الاتجاه الرئيسي للوضع الحالي للبطاريات الطاقة النوعية العالية، مع مادة الأنود ودعم الموثق، وكيل موصل، والحل كهربائيا ناضجة، نفذت في عام 2020 300Wh أعلى / طاقة محددة كجم استهداف بشكل كبير دون صعوبة كبيرة. على الرغم من أن مادة كربيد السيليكون لتلبية متطلبات عالية تصميم بطارية طاقة محددة مؤقتة، ولكن للجيل القادم من 400Wh / كغ من الجيل الجديد من بطارية عالية الطاقة مادة محددة الكربون السيليكون لا تستطيع أن تفعل أي شيء.
من وجهة النظر للحالة الراهنة للفن، لي-S، يثيوم، وجميع الحالة الصلبة بطارية ليثيوم الهواء المعدن هو الأكثر احتمالا الجيل القادم من معين ارتفاع تجسيد طاقة البطارية، دون استثناء، سيتم تطبيق هذه البطاريات إلى القطب السالب من لي المعادن المعادن لي والنظرية قدرة القطب السلبية لل3800mAh و/ ز، ولها ممتاز الموصلية الإلكترون، هو مادة الأنود من المرغوب فيه جدا، ولكن الأنود لي المعادن واجهت مشكلة خطيرة عند استخدامها في البطارية الثانوية - العصي المعدنية لي معدن الكريستال لي التشعبات يبدو لا تسبب فقط خسارة لي، في الحالات القصوى يمكن أيضا أن يسبب ماس كهربائى الداخلية، مما يؤدي إلى مشاكل أمنية خطيرة. لذلك جمهور العلماء قد وضعت الكثير من الجهد في تطوير يمكن قمع نمو التغصنات لي التكنولوجيا، على سبيل المثال، قمنا ذكرت "جامعة تسينغهوا: ليثيوم الناجم عن التوجه نمو التغصنات، والمسائل الأمنية عزم الليثيوم الأنود المعدنية" في مقال في جامعة تسينغهوا زو Peichao ذكرت وغيرهم عن طريق إحداث الاتجاه نمو التغصنات لي، لتجنب لي التشعبات يخترق الغشاء، وذلك لتحقيق غرض تفادي ماس كهربائى الداخلية. بالإضافة إلى ذلك، فإننا لا نزال "فرص معدن الليثيوم الأنود والتحديات"، مقالا عن قمع الحالي التغصنات المعادن لي مراجعة شاملة لوسائل النمو ، يمكنك النقر فوق الارتباط لعرض النص الأصلي.
التشعبات هي ظاهرة شائعة نسبيا في الصناعة المعدنية.على سبيل المثال ، قد تحدث مشاكل dendrite في إنتاج النحاس كهربائيا و Zn.وبصفة خاصة ، كان البحث عن درجة حرارة الهواء المحيط الساخن النانوية السائلة electrolysis Al في السنوات الأخيرة أيضا dendrite. تزعج المشاكل ، السبب الجذري لتشكيل dendrite هو الاستقطاب المحلي ، مما يؤدي إلى توزيع التيار غير المتساوي ، ونفس الشيء ينطبق على توليد dendrites في البطاريات الثانوية ، لذلك ، فإن المفتاح لقمع نمو لي dendrites هو كيفية الحد من الاستقطاب المحلي. على سبيل المثال ، تم الإبلاغ عن أنه قد تم الإبلاغ عن أن إضافة كمية صغيرة من العناصر الفلزية القلوية مثل Cs + و Rb + مع إمكانية تقليل أقل بقليل من Li + يمكن أن تمنع بشكل كبير نمو Li dendrite ، كما هو موضح في الشكل أدناه. عندما يتم توليد البلورات ، تزداد الكثافة المحلية الحالية ، مما يجذب Cs + و Rb + ، ومع ذلك ، نظرًا لأن إمكانيات الاختزال في أيونتي المعدن منخفضة نسبيًا ، لا يحدث الترسب ، وتؤثر الكاتيونات المتراكمة على سطح Li dendrite على Li +. تأثير صد ، وبالتالي تمنع نمو لي dendrites.
في الآونة الأخيرة ، اكتشف هانكينج جيانغ من جامعة ولاية شنتشن ، جامعة شنتشن وجامعة هونان أن الإجهاد الميكانيكي له تأثير مهم على نمو ليديريتس لي المعدني ، ويتم إنتاج الليثيوم خلال عملية الترسيب عن طريق إيداع لي على ركيزة مرنة. الافراج عن الإجهاد يعوق بشكل فعال نمو لي dendrites.
يتم عرض الركيزة المرنة التي صممها Hanqing Jiang في الشكل أدناه ، وهي تتكون أساسًا من رقائق نحاسية رقيقة وركيزة مرنة (polydimethylsiloxane (PDMS)) ، وعندما يتم ترسيب Li على الطبقة السفلية ، فإن الإجهاد الناتج سيؤدي إلى النحاس. احباط التجاعيد ، وذلك لتحقيق الغرض من تخفيف التوتر (كما هو موضح في الشكل أ و ب أدناه) ، وإذا كان لا يمكن إصدار قاعدة جامدة ، بسبب الإجهاد ، مما أدى إلى تشكيل لي dendrite (كما هو موضح في الشكل ج).
يظهر Hanqing جيانغ دون استخدام عملية شحن بطاريات زر، والتجاعيد لي الناجمة عن ظاهرة سماكة مختلفة يترسب على (200 و 400 و 800 نانومتر) من الركيزة مرنة، يمكننا أن نرى من هذا الرقم يدل على أول النحاس احباط الركيزة 1D ظاهرة التجاعيد، حيث أن الوقت ترسب يزيد لي احباط المعارض التجاعيد 2D، يتم إنشاء هذه الظاهرة وأيضا التحقق من فرضية لي الإجهاد أثناء عملية الترسيب. نلاحظ أيضا مع الطيات المعادن الطول الموجي تظهر على ركيزة مرنة لي لا يهم كمية ترسب، ولكن يرتبط ارتباطا وثيقا سمك رقائق النحاس، ل200nm، 400nm والطول الموجي 800nm احباط المموج كانت 25um، 50um و100um.
ويوضح الشكل التالي عملية ترسب لي هي الركيزة الصلبة والركيزة مرنة ويمكن رؤية بعد 5min تترسب على الركيزة الصلبة (اللوحة السفلى أ) ظهرت بالفعل المزيد من التوقعات، لي ترسب متفاوتة جدا. المودعة على ركيزة مرنة والمعدن نسبيا موحدة، عدم وجود نتوءات حادة. IH بعد الترسيب، على الركيزة الصلبة وكان لي الكثير من أقطار مختلفة حادة لي التغصنات (FIG C أقل)، ومرونة طبقة معدنية لي على ركيزة هو موحد للغاية، لم يكن لوحظ التشعبات لي (FIG تحت د). بعد 100 دورات، وقد تم تغطية الركيزة الصلبة مع معدن لي التغصنات، ولى على الركيزة مرنة ظلت نسبيا المستوى. هذا يشير إلى أن آلية تخفيف التوتر الركيزة مرنة يمكن أن تمنع بشكل جيد نمو التشعبات لي.
ويعتقد نمو التغصنات Hanqing لى جيانغ لتخفيف الضغط المتولدة أثناء لي الترسيب، ولكن عدم وجود دعم للبيانات المتعلقة نظرية، لذلك يتم تحليل Hanqing جيانغ نموذج المعمول بها نمو التغصنات لي. وفي عدد قليل من نموذج العوامل الرئيسية التي تؤثر على نمو التغصنات لي البذور، ويتم إنتاج الإجهاد الأولى في عملية ترسب لي، ويرجع ذلك أساسا هو جزء لا يتجزأ لي في سطح دولة غير التوازن إلى حدود الكريستال لي، مما أدى إلى الضغط (حوالي 100 ميجا باسكال). يليه فيلم SEI تشكلت على السطح يمكن أن يمنع الإجهاد من لي ان يفرج عنها من خلال سطح زحف المعادن لي. والثالث هو وجود خلل طائرة الحالي في المعدن لى لى سوف تعزز نمو التغصنات المعدنية.
في النموذج أعلاه ، تنمو لي dendrites لأن الإجهاد المتولد عند حدود لي لي يغير الإمكانية الكيميائية للي هنا ، مما يؤدي إلى معدل ترسب لي الذي هو أعلى باستمرار من معدل ترسب لي متوسط (كما هو موضح في الشكل ج أعلاه). تظهر الحسابات أن معدل نمو ليديرينيتس على ركائز صلبة يمكن أن يصل إلى 8.4-9.8 نانومتر / ثانية ، وهو أعلى بكثير من معدل نمو طلاءات لي ، ومعدل نمو لي dendrites على ركائز مرنة هو فقط 0.3 نانومتر / ثانية. هذا هو أبطأ من معدل نمو طلاء لي ، والذي لا ينتج بشكل طبيعي لي dendrites ، مما يشير إلى أن الركيزة المرنة يمكن أن تمنع نمو لي dendrite من خلال إطلاق سراح الإجهاد.
لزيادة تحسين أداء الركيزة مرنة، أعدت Hanqing جيانغ بنية مرنة 3D وجود جامع (كما هو موضح أدناه)، وهيكل جامع 3D الحالي فعالا في الحد من الكثافة الحالية من سطح القطب، لي تقليل سمك سطح القطب المعدني، لذلك ، يمكن تحسين نمو لي dendrites أفضل ، ويمكن تحسين أداء دورة البطارية.
Hanqing جيانغ مقارنة الأداء الكهروكيميائية 3D جامع الحالي مرونة، احباط النحاس ورغوة (كما هو موضح أدناه)، والرسم البياني ب، ج، د، على التوالي، إلى ثلاثة جامع 1MA / CM2، 2MA / CM2 و3mA شحن في مناطق ذات كثافة / CM2 الحالي ل1H ومن ثم تصريفها إلى 1V خصائص دورة منحنيات جامع مرن قد تحسنت بشكل ملحوظ 3D في أداء دورة في مناطق ذات كثافة الحالية 1MA / CM2، و 200 في الدورة السابقة 3D جامع مرونة كفاءة Coulomb أعلى من 98 ٪ ، في حين أن رقائق النحاس الرغوية و رقائق النحاس في 90 مرة الأولى لديها كفاءة Coulomb من حوالي 90 ٪ و 95 ٪ فقط ، وبعد ذلك تبدأ في أن تصبح غير مستقرة للغاية.
من أجل التحقق العملي للجامع مرونة 3D، HanqingJiang ما قبل الليثيوم (2mAh / CM2) من القطب السالب الحالي المرن جامع 3D لمن LiFePO4 بطارية (كثافة الطلاء 1mAh / CM2) لإعداد الكاثود البطارية كاملة، واختبار البطارية خصائص الكهروكيميائية (كما هو موضح أدناه)، و 100 دورات في 1C التكبير ومرنة 3D معدل البقاء قدرة جامع الحالي من 85.6٪، في حين كان استخدام رقائق النحاس سلبي كما القطب الحالي معدل البقاء قدرة البطارية جامع 55.3٪ معدل الاحتفاظ بالقدرة للبطارية باستخدام رقائق النحاس الرغوية كمجمع التيار السالب هو 34.4٪ فقط.
Hanqing جيانغ آخرون عمل مؤسسة ندرك التوتر ولدت لي خلال ترسب هو عامل حاسم مما يؤدي إلى توليد لي التغصنات والنمو، واستخدام الركيزة مرنة مثل جامع الحالي، عملية الإفراج لي ترسب المعادن، عن طريق الطيات جامع الإجهاد ولدت يمكن قمعها بشكل جيد نمو التغصنات لي، وتحسين الأداء دورة من بطارية ليثيوم معدن، وهو أمر مهم جدا لتطوير بطارية ليثيوم معدن يحتاج البطارية الآن أبعد من ذلك في كثافة الطاقة والأداء دورة رفع لتحسين قابلية استخدام البطارية.
