باتری های لیتیوم یون پس از بیست سال از توسعه در مواد و طراحی یک پیشرفت قابل توجهی، از انرژی از اولیه 80Wh / کیلوگرم، افزایش اکنون 260Wh / کیلوگرم یا بیشتر، و همچنان به بهبود در بالا نیکل سه تایی کربن مواد / سیلیکون جهت اصلی توسعه در حال حاضر باتری انرژی بالا خاص، با مواد آند و حمایت از یک چسب، یک عامل رسانا، راه حل های الکترولیتی بالغ، اجرا در 2020 300Wh / انرژی کیلوگرم خاص بالاتر است هدف قرار دادن قابل ملاحظه ای بدون مشکل زیادی. اگر چه مواد سیلیکون کاربید به دیدار موقت بالا در باتری انرژی مورد نیاز طراحی خاص، اما برای نسل بعدی 400Wh / kg از نسل جدیدی از باتری انرژی کربن سیلیکون مخصوص بالا می تواند هر چیزی را انجام دهد.
از نظر وضعیت فعلی هنر، لی-S، Li-، و همه حالت جامد لی باتری هوا فلزی به احتمال زیاد نسل بعدی تجسم باتری انرژی بالا خاص است، بدون استثنا، این باتری ها خواهد شد به الکترود منفی از لی فلزی لی اعمال ظرفیت الکترود منفی نظری 3800mAh / گرم، و هدایت الکترونی بسیار عالی، مواد آند بسیار مطلوب است، اما آند لی فلز زمانی که در یک باتری ثانویه استفاده می شود یک مشکل جدی مواجه شده اند - میله های فلزی لی فلز کریستال دندریت لی به نظر می رسد نه تنها باعث از دست دادن لی، در موارد شدید نیز می تواند اتصال کوتاه مدارهای داخلی و منجر به مشکلات امنیتی جدی است. بنابراین اکثر دانشمندان بسیاری از تلاش به در حال توسعه می تواند رشد دندریت لی سرکوب قرار داده اند فن آوری، برای مثال، ما گزارش کرده اند "دانشگاه Tsinghua: لی ناشی از گرایش رشد دندریت، لیتیوم آند مسائل امنیتی عزم فلزی" در یک مقاله در گزارش دانشگاه Peichao زو Tsinghua و دیگران با استفاده از القا جهت لی رشد دندریت، برای جلوگیری از لی دندریت سوراخ غشاء، بنابراین به عنوان برای رسیدن به هدف اجتناب از اتصال کوتاه مدارهای داخلی. علاوه بر این، ما هنوز "فرصت لیتیوم فلزی آند و چالش ها،" یک مقاله در سرکوب فعلی لی دندریت فلز به معنای رشد یک بررسی جامع، شما می توانید از لینک برای دیدن متن اصلی کلیک کنید.
دندریت یک پدیده نسبتا شایع در صنعت متالورژی، به عنوان مثال، ممکن است یک مشکل در دندریت های الکترولیتی مس و روی در تولید، به خصوص در سال های اخیر تحقیقات الکترولیت نسبتا گرم دمای محیط مایع یونی است دندریتیک آل به ستوه آمده از مشکلات است. دندریت در می آید که ریشه قطبش محلی، در توزیع جریان ناهموار و در نتیجه، لی دندریت است در داخل باتری ثانویه تولید به همین دلیل است، در نتیجه مهار رشد لی دندریتها کلیدی این است که چگونه به منظور کاهش قطبش محلی برای مثال، گزارش ها واقعیت مقدار کمی از پتانسیل ردوکس کمی پایین تر از عنصر فلز قلیایی لی + در الکترولیت، مانند حسابهای + و Rb +، و غیره، می توانید به طور قابل توجهی مانع از رشد دندریت لی، مکانیسم اثر آن در شاخه های لی نشان داده شده است کریستال محلی تولید شده که افزایش چگالی جریان، حسابهای + و RB + بستن جذب، اما از هر دو پتانسیل کاهش یون فلزی نسبتا کم است، و در نتیجه رسوب رخ نمی دهد، تجمع کاتیون لی سطح دندریت خواهد لی + تولید دافعه و در نتیجه مهار رشد دندریت لی.
به تازگی دانشگاه ایالتی آریزونا، دانشگاه شنژن و دانشگاه هونان Hanqing جیانگ و همکاران دریافتند که استرس مکانیکی است تاثیر مهمی بر رشد دندریت از فلز لی، لی، با روش بستر انعطاف پذیر لی فلزی تولید شده در طول رسوب نهشته استرس را به بازار عرضه می شود، به طور موثر مانع از رشد لی دندریت.
Hanqing جیانگ طراحی بستر انعطاف پذیر به عنوان نشان داده شده است، و به طور عمده متشکل از لایه نازک مس فویل از یک زیر لایه انعطاف پذیر (پلی دی متیل سیلوکزان PDMS) متشکل از لی در بستر بالا سپرده، استرس تولید شده را می مس شود چین و چروک فویل هدف، به طوری که برای رسیدن به آزادی از استرس (به عنوان در شکل a و B نشان داده شده است)، در حالی که اگر یک لایه سفت و سخت، استرس نمی تواند آزاد شود، و در نتیجه نسل لی دندریت (زیر نشان داده شده ج).
Hanqing جیانگ زیر استفاده از این روند از شارژ باتری را فشار دهید نشان می دهد، چین و چروک لی ناشی از پدیده از ضخامت های مختلف را در (200، 400 و 800 نانومتر) از بستر انعطاف پذیر سپرده، ما می توانیم از این رقم نشان دادن برای اولین بار مس 1D بستر فویل را ببینید پدیده چین و چروک، به عنوان زمان رسوب لی نمایشگاه فویل چین و چروک 2D افزایش می دهد، این پدیده نیز فرضیه استرس لی بررسی است که در طول فرایند رسوب تولید می شود. ما نیز با طرح پارچه برجسته چین خورده چین پلیسه فلزی طول موج ظاهر می شود بر روی یک زیرلایه انعطاف پذیر توجه داشته باشید لی کند مقدار رسوب مهم نیست، اما است که نزدیک به ضخامت فویل مس مربوط، برای 200nm، 400nm و طول موج 800Nm در فویل راه راه 25um، 50um و 100um بود.
شکل زیر نشان می دهد که فرایند رسوب لی می بستر سخت و بستر انعطاف پذیر می تواند پس از 5min بر اساس سخت (پانل پایین تر) در حال حاضر به نظر می رسد پیش بینی تر، لی رسوب بسیار ناهموار سپرده شود. سپرده در بستر انعطاف پذیر یک فلز لی نسبتا یکنواخت، بدون برآمدگی های تیز. IH پس از رسوب، در بستر سخت اند که بسیاری از قطر های مختلف تیز دندریت لی بوده است (شکل C پایین تر) و انعطاف پذیر لی لایه فلزی بر روی یک بستر بسیار یکنواخت، دندریت لی مشاهده نشد (FIG تحت د) است. پس از 100 چرخه، بستر سخت شده است با یک فلز لی دندریت و لی در بستر انعطاف پذیر را پوشش داده است نسبتا باقی مانده سطح. این نشان می دهد که مکانیسم تنش بستر انعطاف پذیر به خوبی می تواند مانع از رشد دندریت لی.
اعتقاد بر رشد دندریت Hanqing جیانگ لی به از بین بردن استرس تولید شده در طول لی رسوب، اما عدم حمایت از داده های مربوط نظریه، بنابراین Hanqing جیانگ مدل تاسیس رشد دندریت لی قرار گرفت. در چند مدل عوامل کلیدی موثر بر دانه لی رشد دندریت، استرس اولین بار است که در فرایند رسوب لی تولید، عمدتا به دلیل لی در سطح حالت عدم تعادل به مرزهای کریستال لی تعبیه شده، در نتیجه در استرس و در نتیجه (حدود 100 مگاپاسکال). پس از این فیلم SEI تشکیل شده در سطح می تواند استرس از Li جلوگیری از طریق سطح لی خزش فلز منتشر خواهد شد. سوم نقص هواپیما حاضر در فلز لی است، لی رشد دندریت فلزی ترویج.
در این مدل، رشد دندریت لی (C همانطور که در شکل.) است که به دلیل استرس تولید در مرز دانه لی در اینجا تغییر پتانسیل شیمیایی لی، لی باعث نرخ رسوب بالاتر از میانگین مدت اینجا لی نرخ رسوب ، محاسبات نشان می دهد که نرخ رشد لی دندریتها تا بر روی یک زیرلایه 8.4-9.8nm / S، نرخ رشد سخت بسیار بالاتر از لی لایه آبکاری بر روی یک زیرلایه انعطاف پذیر و نرخ رشد دندریت لی تنها 0.3nm / S است که حتی بهتر از نرخ رشد لی آبکاری حتی کندتر، لی دندریت طور طبیعی وجود ندارد، بستر انعطاف پذیر می تواند رشد خوبی را نشان می دهد مهار لی دندریت با انتشار استرس است.
برای بهبود عملکرد بستر انعطاف پذیر، Hanqing جیانگ ساختار انعطاف پذیر 3D داشتن یک جمع (زیر نشان داده شده) آماده شد، ساختار جریان کلکتور 3D می تواند به طور موثر کاهش چگالی جریان از سطح الکترود، لی کاهش ضخامت از سطح الکترود فلزی، بنابراین بهتر قادر به مهار رشد دندریت لی، بهبود عملکرد چرخه از باتری است.
Hanqing جیانگ مقایسه عملکرد الکتروشیمیایی 3D کلکتور انعطاف پذیر، یک فویل مس و فوم (به عنوان زیر نشان داده شده)، نمودار B، C و D، به ترتیب، به سه گردآورنده 1mA / cm2 به، 2mA / cm2 و 3mA شارژ در یک تراکم / cm2 به در حال حاضر برای 1H و سپس به 1V ویژگی چرخه منحنی جمع انعطاف پذیر 3D شده است به طور قابل توجهی در عملکرد چرخه در چگالی جریان از 1mA / cm2 به بهبود یافته است، و 200 در سیکل قبل 3D جمع انعطاف پذیر مرخص بهره وری کولمبیک (coulombic) 98٪، در حالی که فویل فوم و فویل مس 90 در جلو بهره وری نمایش کولمب تنها در حدود 90٪ و 95٪ است، و سپس شروع به تبدیل شدن بسیار ناپایدار است.
به منظور بررسی عملی از جمع انعطاف پذیر 3D، HanqingJiang پیش لیتیوم (2mAh / cm2 به) از یک الکترود منفی فعلی فلکس جمع آوری 3D به LiFePO4 (تراکم پوشش 1mAh / cm2 به) برای تهیه یک کاتد باتری کامل و تست باتری خواص الکتروشیمیایی (به عنوان زیر نشان داده شده)، 100 چرخه در بزرگنمایی 1C، انعطاف پذیر 3D نرخ حفظ ظرفیت جمع آوری فعلی 85.6٪، در حالی که استفاده از فویل مس الکترود فعلی باتری جمع نرخ حفظ ظرفیت منفی 55.3 درصد بود ، در حالی که استفاده از فوم به عنوان یک فویل مس الکترود منفی جریان کلکتور از نرخ حفظ ظرفیت باتری 34.4 درصد بود
کار هانگینگ جیانگ و همکاران ما را متوجه شدیم که استرس تولید شده توسط Li در فرآیند رسوب یک عامل کلیدی است که منجر به تولید و رشد لیگامان می شود. سوندر انعطاف پذیر به عنوان جمع کننده جریان برای آزاد سازی لیتیوم فلزی در طول فرایند رسوب با استفاده از جمع کلکتور استفاده می شود. استرس تولید می تواند به خوبی سرکوب رشد دندریت لی، بهبود عملکرد چرخه باتری لیتیوم فلزی، که برای توسعه باتری فلز لیتیوم بسیار مهم است. باتری در حال حاضر بیشتر در چگالی انرژی و عملکرد چرخه نیاز بلند کردن، به منظور بهبود در دسترس بودن باتری.
