في السنوات الأخيرة ، مع الدعم القوي للبلاد لمركبات الطاقة الجديدة ، حققت مبيعات السيارات الكهربائية النظيفة والخالية من التلوث نموًا مفاجئًا ، ومع ذلك ، لا يمكن أن يصل سعر جرافيت مادة الليثيوم أيون التجارية الحالية إلى 300 ~ 340 مللي أمبير في التطبيقات العملية. / g القدرات ، وكان من الصعب تحسين ، بعيدا عن تلبية الاحتياجات العاجلة للبطاريات ليثيوم أيون عالية الأداء في مستخدمي السوق الجديد.
ولذلك ، فإن المزيد والمزيد من الناس ملتزمون بتطوير مواد عالية الكثافة من طاقة البطارية ، حيث يفضل الباحثون استخدام مواد الأنود السيليكونية نظرًا لسعتها العالية النظرية (3752mAh / g) ، وهي صديقة للبيئة ومنخفضة التكلفة. تصبح القوة الرئيسية لنظام بطارية الجيل القادم.
ومع ذلك، والبحوث السيليكون الأنود المواد والتنمية لا تزال العديد من المشاكل، مثل السليكون عنصري اثناء التهمة وتوسع حجم التفريغ تأثير تصل إلى 300٪، وهيكل البادئ ينهار، ومسحوق، والتي تقتصر على محمل الجد السيليكون بمثابة تطور بطارية ليثيوم أيون الأنود المواد و من أجل حل المشاكل المذكورة أعلاه ، فإن مشكلة كبت تأثير توسيع الحجم في تفاعل القطب وتحسين الموصلية من السيليكون عنصر أساسي هو مفتاح البحث.
في ضوء ذلك ، أعدت مجموعة البحوث البروفيسور وانغ Xianyou من جامعة Xiangtan بنجاح جوفاء كروية Si @ TiO المغلفة مزدوجة بطريقة واحدة. 2المواد السلبيةC.
▲ الشكل 1 سي @ TiO
2(أ) رسم تخطيطي للمواد الأنوديةC و (ب) الرسم التخطيطي للهيكل
في هذا العمل ، تم تحضير كريات Si المجوفة بطريقة خالية من القالب وطريقة تقليل الحرارة بالمغنيسيوم ، ثم تم طلاء الكريات المجوفة HN-Si مع تيتانات البيوتيل والجلوكوز لإعداد Si @ TiO مع بنية مسامية غنية وثبات عالي. 2المواد السلبيةC.
▲ الشكل 2 SiO
2(a، d-f)، HN-Si (b، g-i) and Si @ TiO
2صورة مجهرية الكترونية لـC (c، j-l)
أولا ، في عملية الشحن والتفريغ ، يمكن أن nanospheres Si مع هيكل أجوف تنظيم ذاتي ضخم الحجم التوسع ؛ وثانيا ، TiO 2يمكن أن تؤدي طبقة الغلاف إلى زيادة معدل نقل أيونات الليثيوم (نسبة توسيع الحجم هي 4٪ فقط) نظرًا لمزاياها البنيوية ، كما تقيد زيادة حجم المادة النشطة Si إلى التجويف الداخلي بدلاً من الخارج ؛ وأخيراً ، يتم تحسين الطبقة C الخارجية. الموصلية الكهربائية والاستقرار الهيكلي للمركب.
وتشير نتائج خروج، استراتيجية طلاء طبقة واحدة التقليدية في مواجهة تأثير التوسع الكم الهائل من سي مادة الأنود، غير قادر الآن لتلبية متطلبات الاستقرار الهيكلي للمواد القطب، وهذا جديدة مزدوجة المغلفة - استراتيجية جوفاء غير يمكن أن تحسن بشكل فعال من تأثير توسيع حجم السيليكون وتحسين الموصلية.
وأظهرت النتائج أن عملية الحد من المغنيسيوم وطريقة سول-جل وجود أجوف المزدوج سي @ تيو مستقرة 2C nanospheres المواد القطب السالب، في 0.2A / ز الكثافة الحالية، 0.01-2.5V الجهد التشغيل، القدرة على التصريف الأولى من 2557.1mAh / ز، كانت كفاءة coulombic 86.06٪. وفي 1A / ز، والكثافة الحالية، Si @ TiO بعد 250 دورة 2C كانت قدرة محددة عكسها من المواد القطب السلبية هناك 1270.3mAh / ز. المغلفة دون HN-سي القطب السالب المادية القدرة على التصريف الأولى 2264mAh / ز، وكفاءة coulombic٪ فقط 67.3.
يمكن أن يؤدي تصميم الهيكل المجوف المزدوج الطبقة إلى تقصير مسار إرسال Li + والإلكترونات ، كما يمكن لتركيبة المسام الغنية تعزيز الترطيب الكامل للكهارل وتحسين أداءه ، في حين يتم توحيد TiO. 2تعمل طبقات Shell و C على تحسين Si @ TiO إلى حد كبير 2@ مادة الأنود الاستقرار الهيكلي والموصلية.
▲ الشكل 3 سي @ TiO
2توصيف الخصائص الكهروكيميائية لمواد الأنودC
▲ الشكل 4 Si @ TiO
2@ ج (أ) رسم تخطيطي لجهاز العمل ، (ب) تغيير الهيكلية للشحن والتفريغ تحت TEM و (ج) رسم تخطيطي للترس (الشطب)
▲ الشكل 5 أداء دورة ، أداء معدل وتحليل المعاوقة
باختصار ، فإن تصميم بنية التجويف الثنائي في هذه الدراسة يمكن أن يعزز المزيد من البحث والتطوير لمواد الأنود المصنوعة من السيليكون ، كما أنه يوفر مرجعًا لدراسة المواد الكهربائية السالبة ذات الحجم الخطير والتوسع الشديد.
