Усиление удельной энергии литий-ионных батарей неотделимо от непрерывного хода технологии материалов. Теоретическая удельная емкость традиционных анодных материалов графита составляет всего около 372 мАч / г. В настоящее время некоторые модифицированные искусственные графитовые материалы достигли около 360 мАч / г, а пространство для непрерывного улучшения ограничено. Для материалов с отрицательным электродом большой емкости на сегодняшний день широко представлены материалы на основе Si, в том числе композиционные материалы SiOx и Si-C, а материалы Si-C имеют большой контроль, поскольку продвигается композитная технология Si-C. Тенденции. На фоне материалов на основе Si большинство ученых не отказались от исследований и разработок других высокопроизводительных материалов, таких как сульфиды металлов, такие как MoS2, оксиды металлов, такие как SnO, соединения углерод-азот и Ge, которые мы представим сегодня. Анод базового сплава.
Говоря о Ge и Si, также есть легендарная история. Говорят, что, когда индустрия полупроводников развивалась, она также столкнулась с конкуренцией между Si и Ge. Только выиграл последний материал Si. В противном случае чип, который мы используем сегодня, вероятно, сделан из материала Ge. Ge потерял. В области полупроводников состояние Ge в хранилище энергии также колеблется. Ge также сталкивается с такой же проблемой расширения объема, как Si в процессе интеркаляции лития, поэтому ожидаемая продолжительность жизни быстро снижается. Недавно Вэй Хэнань Шанцюйского педагогического университета Вей решает проблему большого объемного расширения Ge-анодов, смешивая квантовые точки Ge с нано-углеродными волокнами, достигая обратимой емкости 1,204 мАч / г (плотность тока, 200 мА / г) и скорость удерживания мощности 87,1% в течение 100 циклов. , Результаты опубликованы в журнале Nanoscale.
После того, как анод Si полностью интеркалирован, объемное расширение достигает до 300%. Чтобы уменьшить порошок частиц, вызванный расширением анода Si, нанокристаллизация и соединение Si-C являются общими методами. Доктор Вэй Вэй также использовал этот опыт для решения отрицательного электрода Ge. Используя технологию электросвинки, квантовые точки Ge размером 4-7 нм смешиваются в микроотверстиях нано-углеродных волокон (диаметр пор 10-150 нм), что является хорошим решением проблемы объемного расширения Ge в процессе интеркаляции лития. Разрушение, улучшает производительность цикла анода Ge.
На следующем рисунке показаны SEM-изображения углеродных нановолокон CNF (рис. A, b) и Ge / углеродные нановолокна (рис. C, d). Из рисунка видно, что диаметр наноуглеродных волокон составляет 400-600 нм, а диаметр микропор в углеродных волокнах. Около 10-150 нм геомагнитные точки Ge распределены между этими микропорами. Благодаря анализу распределения элементов EDS можно обнаружить, что распределение элементов Ge в углеродных нановолокнах очень однородно. Уникальная структура Ge / CNF обеспечивает хорошие электрохимические свойства материала. ,
Для дальнейшего анализа химического состава Ge / CNF Вэй Вэй использовал XPS для выполнения элементного валентного анализа на вышеуказанных материалах (как показано на рисунке ниже). Из рисунка b ниже видно, что Ge 3d имеет отчетливый пик при 29,1 эВ. Это указывает на то, что Ge в материале присутствует в металлическом состоянии. Слабый пик на катоде 30,8 эВ указывает на то, что некоторые элементы Ge и N образуют связи Ge-N. Сильный пик при 284,6 эВ на нижней панели b является пиком C 1s. Пик при 286,9 эВ указывает на существование связи CN. Существование элемента N приносит два преимущества: 1) Предпочтительный элемент N может уменьшить электронный импеданс и ионный импеданс материала; 2) Во-вторых, элемент N может эффективно уменьшить материал. Поляризация. Содержание Ge в материале может быть получено термогравиметрической реакцией (как показано на рисунке f ниже). Тест показывает, что содержание Ge в Ge / CNF составляет около 40,6%.
На рисунке а показаны результаты циклической вольтамперометрии для Ge / CNF. Широкие пики тока, возникающие во время первой интеркаляции лития, в основном состоят из легирования Li-Ge и появления 0,67 В во время делифирования. Пик тока соответствует реакции дезоллирования. На рисунке b ниже показана кривая заряда / разряда Ge / CNF. Можно видеть, что обратимая способность материала достигает 1204 мАч / г, что намного выше, чем у графита, но мы также заметили, что материал Впервые необратимая мощность достигала 577 мАч / г, а первая кулоновская эффективность составляла всего 67,6%. На следующем рисунке c показаны результаты испытаний на цикличность нескольких материалов (плотность тока 200 мА / г, цикл 100 раз). Из рисунка видно, что Ge / CNF продемонстрировали отличную производительность цикла с удержанием мощности 87,2% за 100 циклов.
На следующем рисунке представлены результаты испытаний скорости работы различных материалов. Из рисунка видно, что когда плотность тока увеличивается до 200, 1000, 2000 и 3000 мА / г, емкость материала может достигать 1150, 1050, 920 и 760 мАч / г соответственно. Показывает очень отличную скорость.
Применение отрицательных электродов на основе Ge связано с одной и той же проблемой расширения большого объема, чем у отрицательных электродов на основе Si. Доктор Вэй Вэй достигает однородного нанокомпозита нано-Ge и нано-углеродных волокон с помощью технологии электросвинки, что вполне может подавить объемное расширение отрицательного электрода Ge во время введения лития. Для разрушения структуры активного материала пористая структура углеродного волокна также обеспечивает скорость диффузии Li + и улучшает скорость работы материала. В то же время результаты могут также служить хорошим ориентиром для решения отрицательного объемного расширения Si.
