Le batterie al litio dopo venti anni di sviluppo nei materiali e design hanno un significativo progresso, che l'energia dagli iniziali 80Wh / kg, l'aumento ora 260Wh / kg o più, e continua a migliorare in. Alta nichel ternario materiale materiale carbonio / silicio è la direzione principale di sviluppo attuale della batterie specifiche, con materiale di anodo e supportante un legante, un agente conduttivo, la soluzione elettrolitica maturo, attuata nel 2020 300Wh / kg energetico specifico superiore indirizzare sostanzialmente senza troppa difficoltà. Sebbene materiale di carburo di silicio per soddisfare esigenze progettuali temporanei elevati specifici batteria energia, ma per la prossima generazione di 400Wh / kg della nuova generazione di alta materiale specifico silicio carbonio batteria energia non può fare nulla.
Dalla vista dello stato attuale della tecnica, Li-S, LI-, e tutte le batterie metallo aria a stato solido Li è il più probabile prossima generazione di alta specifica forma di realizzazione batteria energia, senza eccezione, queste batterie saranno applicati all'elettrodo negativo di metallo Li metallo Li teorico capacità elettrodo negativo di 3800mAh / g, e ha un'eccellente conducibilità di elettroni, è un materiale anodico molto desiderabile, ma Li metallo anodico hanno affrontato un grave problema quando utilizzato in una batteria secondaria - bastoni metallici Li cristallo metallo Li dendriti non appaiono solo causano la perdita di Li, in casi estremi, può anche causare corto circuito interno, che porta a gravi problemi di sicurezza. Pertanto, la maggior parte degli studiosi hanno messo un sacco di sforzi nello sviluppo può sopprimere Li crescita dendritica la tecnologia, per esempio, abbiamo riportato la "Tsinghua University: Li-indotta orientamento alla crescita dei dendriti, le questioni di sicurezza risolvere anodo di litio metallico" in un articolo sulla riportato Peichao Zou Tsinghua University e altri per mezzo di indurre direzione Li la crescita dei dendriti, per evitare Li dendriti forare la membrana, in modo da realizzare lo scopo di evitare corto circuito interno. Inoltre, siamo ancora "opportunità litio metallo anodo e sfide", un articolo sulla soppressione corrente di Li dendrite metallo Significa la crescita di una revisione globale, è possibile fare clic sul link per visualizzare l'originale.
Dendrite è un fenomeno relativamente comune nel settore metallurgico, per esempio, può essere un problema in dendrite elettrolitico Cu e Zn nella produzione, soprattutto negli ultimi anni la ricerca temperatura ambiente relativamente caldo liquido ionico elettrolita è anche dendritica Al afflitto da problemi. dendrite nasce dal fatto che la radice della polarizzazione locale, con conseguente distribuzione di corrente uniforme, Li dendrite viene generato all'interno della batteria secondaria è la stessa ragione, inibendo così la crescita di dendriti Li chiave è come ridurre la polarizzazione locale , per esempio, i rapporti hanno realtà una piccola quantità di potenziale redox leggermente inferiore all'elemento di metallo alcalino Li + nell'elettrolita, come Cs + e Rb +, ecc, possono inibisce significativamente la crescita di dendriti Li, il suo meccanismo come mostrato in rami Li cristallo locale generato quando la corrente aumenta densità, Cs + e chiuderà Rb + attratti, ma dato che sia il potenziale di riduzione ione metallico è relativamente bassa, e pertanto non si verifica la deposizione, l'accumulo del catione Li superficie dendrite volontà Li + generando repulsione, inibendo così la crescita di dendriti Li.
Recentemente Arizona State University, Università di Shenzhen e Università di Hunan Hanqing Jiang et al scoperto che lo stress meccanico ha un impatto importante sulla crescita di dendriti di metallo Li, Li viene depositato mediante il metodo del substrato flessibile Li metallo generati durante la deposizione sforzo per essere rilasciato, inibisce efficacemente la crescita di dendriti Li.
Hanqing Jiang progettato substrato flessibile come mostrato, ed è composto principalmente da strato sottile lamina di rame di un substrato flessibile (polidimetilsilossano PDMS), composta Li depositato sul substrato sopra, lo stress generato può causare rame rughe stagnola oggettivi, in modo da ottenere il rilascio dello stress (come mostrato nelle figure. a e B), mentre se un substrato rigido, lo stress non può essere rilasciato, con conseguente generazione di Li dendrite (mostrate sotto c).
Hanqing Jiang seguente mostra l'uso del processo di carica batterie a bottone, rughe Li causati dal fenomeno di diverso spessore viene depositato su (200, 400 e 800 nm) del substrato flessibile, si può vedere dalla figura che mostra una prima rame substrato a lamina 1D fenomeno rughe, come il tempo di deposizione aumenta Li mostre stagnola rughe 2D, questo fenomeno anche verificare l'ipotesi Li stress è generato durante il processo di deposizione. notiamo anche con pieghe metallo lunghezza d'onda che appare su un substrato flessibile Li non importa quantità di deposizione, ma è strettamente correlato allo spessore del foglio di rame, per 200 nm, lunghezza d'onda 400nm e 800nm lamina ondulato erano 25um, 50um e 100um.
La figura seguente mostra il processo di deposizione Li sono difficili Substrati flessibili possono essere osservati dopo 5min depositato sul substrato duro (pannello inferiore a) già apparsi più sporgenze, Li deposizione molto irregolare. depositato su un substrato flessibile un metallo Li è relativamente uniforme, senza sporgenze taglienti. IH dopo la deposizione sul substrato duro sono stati un sacco di diversi diametri tagliente Li dendritiche (figura C inferiore), e la flessibilità Li strato metallico su un substrato è molto uniforme, i dendriti Li non è stata osservata (figura sotto d). dopo 100 cicli, il substrato duro è stato coperto con un metallo Li dendrite, e Li sul substrato flessibile è rimasta relativamente livello. questo indica che il meccanismo di rilassamento dello stress del substrato flessibile può anche inibire la crescita di dendriti Li.
la crescita dei dendriti Hanqing Jiang Li è creduto per alleviare lo stress generato durante la deposizione Li, ma la mancanza di supporto per i dati relativi teoria, quindi Hanqing Jiang modello stabilito di Li crescita dendriti viene analizzato. In alcuni modelli i fattori chiave che influenzano seme Li crescita dendritica, un primo sforzo viene prodotto nel processo di deposizione Li, soprattutto perché Li è incorporato nella superficie dello stato di non-equilibrio ai contorni cristallo Li, con conseguente stress (circa 100 MPa). seguita dal film SEI formato sulla superficie può prevenire lo stress da Li per essere rilasciato attraverso la superficie di Li scorrimento metallo. il terzo è un difetto aereo presente nel metallo Li, Li promuoverà la crescita del dendrite metallo.
Nel modello, Li crescita dendritica è perché lo stress generato sulla superficie dei grani Li modificata qui potenziale chimico di Li, Li causando velocità di deposizione superiore alla durata media qui Li velocità di deposizione (come mostrato nella figura. C) , calcoli mostrano che il tasso di crescita di dendriti Li su un substrato 8.4-9.8nm / s, molto più alto tasso di crescita dura Li strato placcatura su un substrato flessibile e Li tasso di crescita dendrite solo 0.3nm / s , che è anche migliore rispetto al tasso di crescita di Li placcatura ancora più lento, Li dendrite non si verifica naturalmente, il substrato flessibile può mostrare una buona crescita inibendo Li dendrite rilasciando lo stress.
Per migliorare ulteriormente le prestazioni del substrato flessibile, è stato preparato Hanqing Jiang struttura flessibile 3D avente un collettore (mostrato di seguito), l'attuale struttura di collettore 3D può ridurre efficacemente la densità di corrente sulla superficie dell'elettrodo, Li riducendo lo spessore della superficie di elettrodo metallico, Pertanto, la crescita di Li dendrite può essere soppressa meglio e le prestazioni del ciclo della batteria possono essere migliorate.
Hanqing confronto Jiang prestazioni elettrochimiche 3D collettore di corrente flessibile, un foglio di rame e la schiuma (come mostrato di seguito), il grafico b, ced, rispettivamente, in tre collettore 1 mA / cm2, 2 mA / cm2 e 3mA carica ad una densità di corrente / cm2 per 1 ora e poi scaricata a 1V caratteristiche del ciclo curve del collettore flessibile 3D è stata notevolmente migliorata le prestazioni del ciclo ad una densità di corrente di 1 mA / cm2, e 200 nel ciclo precedente 3D collettore flessibile l'efficienza coulombiane del 98%, mentre il foglio di schiuma e la lamina di rame 90 nella efficienza vista frontale coulomb è soltanto circa il 90% e il 95%, poi cominciò a diventare molto instabile.
Al fine di verificare la praticità del collettore flessibile 3D, HanqingJiang pre litio (2mAh / cm2) di un elettrodo negativo di corrente flex collettore 3D di LiFePO4 (densità rivestimento 1mAh / cm2) per la preparazione di un catodo completa della batteria, e il test della batteria proprietà elettrochimiche (come mostrato di seguito), 100 cicli a 1C ingrandimento, tasso di ritenzione capacità 3D flessibile del collettore di corrente del 85,6%, mentre l'uso di un foglio di rame elettrodo di corrente tasso di ritenzione capacità della batteria collezionista come negativo era 55,3% Il tasso di ritenzione di capacità della batteria che utilizza il foglio di rame espanso come collettore di corrente negativo è solo del 34,4%.
Hanqing Jiang et al lavoro che riconosce sollecitazioni Li generato durante la deposizione è un fattore critico che porta a Li generazione dendrite e crescita, l'uso del substrato flessibile come collettore di corrente, il processo di rilascio deposizione del metallo Li, a titolo di pieghe collettore lo stress generato può essere ben soppressa Li crescita dendritica, migliorare le prestazioni del ciclo di batteria Li metallo, che è molto importante per lo sviluppo di batterie al litio metallico. la batteria deve ora ulteriormente nella densità di energia e prestazioni del ciclo sollevamento, al fine di migliorare la disponibilità della batteria.
