baterias de lítio-íon, depois de vinte anos de desenvolvimento em materiais e design ter um progresso significativo, do que a energia a partir da inicial 80Wh / kg, o aumento agora 260Wh / kg ou mais, e continua a melhorar em. Alta material de material de carbono / silício ternário de níquel é a direcção principal da corrente desenvolvimento de pilhas de energia específicos, com o material de ânodo e apoiar um aglutinante, um agente condutor, a solução electrolítica madura, implementado em 2020 300Wh / kg de energia específica superior alvo substancialmente sem muita dificuldade. Embora o material de carboneto de silício para satisfazer os requisitos de concepção específicos temporários elevados de bateria de energia, mas para a próxima geração de 400Wh / kg da nova geração de material específico elevado teor de carbono de silício bateria de energia não pode fazer nada.
Do ponto de vista do estado actual da técnica, Li-S, Li, e tudo de estado sólido Li bateria ar de metal é o mais provável próxima geração de alta forma de realização específica da bateria de energia, sem excepção, estas baterias vai ser aplicado ao eléctrodo negativo de metal de Li de metal Li a capacidade teórica de eléctrodo negativo 3800mAh / g, e tem excelente condutividade de electrões, é um material de odo muito desejável, mas ânodo de metal Li enfrentaram um problema grave quando utilizado em uma bateria secundária - varas de metal Li de metal cristal Li dendrites aparecem não só causar a perda de Li, em casos extremos também pode causar curto-circuito interno, levando a sérios problemas de segurança. Portanto, a maioria dos estudiosos ter colocado um grande esforço para desenvolver pode suprimir o crescimento de dendrite Li tecnologia, por exemplo, temos relatado a "Universidade Tsinghua: Li-induzida orientação do crescimento dendrite, questões de segurança resolve metálicos ânodo de lítio", em um artigo sobre o Peichao Zou Tsinghua University relatados e outros por meio de indução direção de crescimento dendrite Li, para evitar Li dendritos perfure a membrana, de modo a atingir o objectivo de evitar curto-circuito interno. além disso, ainda são "oportunidades de metal de lítio e anódicos desafios", um artigo sobre a supressão corrente de Li dendrite de metal Significa o crescimento de uma revisão abrangente, você pode clicar no link para ver o original.
Dendrite é um fenómeno relativamente comum na indústria metalúrgica, por exemplo, pode ser um problema em dendrite electrolitico de Cu e Zn na produção, em especial nos últimos anos electrólito pesquisa temperatura ambiente relativamente quente líquido iónico também é dendrítica Al atormentado por problemas. dendrite surge em que a raiz da polarização local, resultando em distribuição irregular corrente, Li dendrite é gerado no interior da bateria secundária é a mesma razão, inibindo assim o crescimento de dendrites Li chave é como para reduzir a polarização locais , por exemplo, relatórios têm realidade uma pequena quantidade de potencial redox um pouco mais baixa do que o elemento de metal alcalino Li + no electrólito, tal como Cs + e Rb +, etc., podem inibir significativamente o crescimento de dendrites Li, o seu mecanismo como mostrado na ramos Li cristal locais gerado quando as densidade de corrente aumenta, Cs + e vai fechar Rb + atraído, mas uma vez que tanto o potencial de redução de ião de metal é relativamente baixo, e, portanto, não ocorre deposição, acumulação de superfície dendrite Li o catião Li + irá Repelindo efeito, inibindo assim o crescimento de dendritos Li.
Recentemente Arizona State University, Universidade de Shenzhen e Universidade de Hunan Hanqing Jiang et ai descobriram que o stress mecânico tem um impacto importante sobre o crescimento de dendrites de metais Li, Li é depositado pelo método do substrato flexível Li metálico gerada durante a deposição A liberação de estresse efetivamente inibiu o crescimento de dendritos Li.
Hanqing Jiang concebido substrato flexível, como mostrado, e é principalmente composto de camada de folha de cobre fina de um substrato flexível (polidimetilsiloxano PDMS) composto de Li depositado sobre o substrato acima, a tensão gerada pode causar cobre rugas da folha do objectivo, de modo a alcançar a libertação da tensão (como mostrado nas FIGS. a e B), enquanto que, se um substrato rígido, o stress pode não ser libertado, resultando na geração de Li dendrite (mostrado abaixo c).
Hanqing Jiang abaixo mostra a utilização do processo de carregamento de baterias de botão, Li rugas causadas pelo fenómeno de espessura diferente é depositado em (200, 400 e 800 nm) para o substrato flexível, que pode ver a partir da figura que mostra uma primeira cobre substrato de folha 1D fenómeno rugas, como o tempo de deposição aumenta Li exposições folha enrugamentos 2D, este fenómeno também irá verificar a hipótese de Li tensão é gerada durante o processo de deposição. notamos também com pregas de metal no comprimento de onda que aparecem sobre um substrato flexível Li não importa quantidade de deposição, mas está intimamente relacionado com a espessura da folha de cobre, para 200 nm, 400 nm e comprimento de onda de 800nm folha ondulada foram 25um, 100um e 50um.
A figura seguinte mostra o processo de deposição Li são substrato duro e substrato flexível pode ser vista depois de 5 minutos depositado no substrato duro (painel inferior um) já apareceu mais projecções, Li deposição muito irregular. depositado sobre um substrato flexível um metal Li é relativamente uniforme, sem saliências nítidas. IH após a deposição, sobre o substrato duro tem havido uma série de diferentes diâmetros afiado Li dendríticos (FIG C inferior), e o flexível camada de metal sobre um substrato Li é muito uniforme, os dendritos Li não foi observada (Fig sob d). depois de 100 ciclos, o substrato rígido foi coberto com um metal Li dendrite, e Li sobre o substrato flexível manteve-se relativamente nível., isso indica que o mecanismo de relaxação de tensão do substrato flexível pode também inibir o crescimento de dendrites Li.
crescimento de dendrites Hanqing Jiang Li é acreditado para aliviar o stress gerado durante a deposição Li, mas a falta de apoio para os dados relacionados com a teoria, de modo Hanqing Jiang modelo estabelecido de crescimento de dendrites Li é analisada. Num modelo de poucos os principais factores que afectam o crescimento de dendrites de sementes Li, uma primeira tensão é produzida no processo de deposição Li, principalmente porque Li é incorporado na superfície do estado de não-equilíbrio para limites de cristal Li, resultando assim em tensão (aproximadamente 100 MPa). seguindo-se a película SEI formada na superfície pode prevenir o stress a partir de Li para ser libertado através da superfície de Li fluência do metal. o terceiro é um defeito plano presente no metal Li, Li vai promover o crescimento da dendrite de metal.
No modelo, o crescimento de dendrites Li é porque a tensão gerada nas fronteiras de grão Li alterado aqui potencial químico de Li, Li causando velocidade de deposição mais elevada do que a duração média aqui Li taxa de deposição (tal como mostrado na Fig. C) , os cálculos mostram que a taxa de crescimento de dendrites Li-se em um s, muito mais elevada taxa de disco substrato 8.4-9.8nm / crescimento de Li camada de revestimento sobre um substrato flexível e a taxa de crescimento de dendrites Li de apenas 0,3 nM / s , o que é ainda melhor do que a taxa de crescimento de Li plaqueamento ainda mais lento, Li dendrite não ocorre naturalmente, o substrato flexível pode mostrar um bom crescimento inibindo Li dendrite soltando o stress.
Para melhorar ainda mais o desempenho do substrato flexível, foi preparado Hanqing Jiang estrutura 3D flexível que tem um colector (mostrado abaixo), a estrutura colectora de 3D corrente pode reduzir eficazmente a densidade de corrente da superfície do eléctrodo, Li reduzindo a espessura da superfície do eléctrodo de metal, assim mais capazes de inibir o crescimento de dendrites Li, melhorar o desempenho do ciclo da bateria.
Hanqing Jiang comparação desempenho electroquímico colector de corrente flexível 3D, uma folha de cobre e a espuma (como mostrado abaixo), o gráfico b, c e d, respectivamente, em três colector 1 mA / cm2, 2mA / cm2 e 3mA carregamento, a uma densidade de corrente / cm2 durante 1 hora e, em seguida, descarregado para 1V características do ciclo de curvas do colector flexível 3D foi significativamente melhorada no desempenho do ciclo, a uma densidade de corrente de 1 mA / cm2 e 200 no ciclo anterior colector flexível 3D a eficiência coulombica de 98%, enquanto que a folha de espuma e a folha de cobre 90 na eficiência de Coulomb vista frontal é apenas cerca de 90% e 95%, em seguida, começou a tornar-se muito instável.
De modo a verificar a funcionalidade do colector flexível 3D, HanqingJiang pré lítio (2mAh / cm2) de um eléctrodo negativo de corrente de flex colector 3D para de LiFePO 4 (densidade de revestimento 1mAh / cm2) para a preparação de um cátodo da bateria cheia, e o teste de pilha propriedades electroquímicas (como mostrado abaixo), a 100 ciclos a 1C ampliação, a taxa de retenção da capacidade 3D flexível do colector de corrente de 85,6%, enquanto o uso de uma película de cobre como taxa negativa do eléctrodo colector de corrente da bateria capacidade de retenção foi de 55,3% , enquanto que a utilização de espuma como uma folha de cobre eléctrodo colector de corrente negativa da taxa de retenção da capacidade da bateria foi de 34,4%
Hanqing Jiang et al trabalho que reconhecem o stress Li gerado durante a deposição é um factor crítico que conduz à geração de dendrites Li e crescimento, a utilização do substrato flexível como o colector de corrente, o processo de autorização de deposição de metal Li, por meio de pregas de colector o stress gerado pode ser bem suprimiu o crescimento de dendrites Li, melhorar o desempenho do ciclo de bateria Li metal, o que é muito importante para o desenvolvimento de pilha de metal lítio. a bateria necessita agora mais em densidade de energia e desempenho do ciclo de elevação, a fim de melhorar a disponibilidade da bateria.
