Apẹrẹ ti ojo iwajulithium{0}} batiri iongbọdọ ni anfani lati pade awọn ibeere ti awọn ohun elo giga-agbara{1}}, gẹgẹbi awọn ọkọ ayọkẹlẹ ina mọnamọna, pulọọgi{2} ninu awọn ọkọ ayọkẹlẹ ina arabara, ati awọn eto ipamọ agbara iduro. Fun awọn ohun elo anode aramada labẹ idagbasoke, agbara jẹ ọkan ninu awọn afihan iṣẹ ṣiṣe bọtini. Da lori awọn ilana ifasẹyin oriṣiriṣi, diẹ ninu awọn ohun elo oludije pẹlu awọn agbara imọ-jinlẹ giga pẹlu silikoni (Si), germanium (Ge), monoxide silicon (SiO), tin (Sn), ati oxide rẹ (SnOz), pẹlu awọn agbara aṣoju ti o wa lati 783 mA·g (fun SnOz) si 4211 mA · h / g (fun Si). Botilẹjẹpe awọn ohun elo alloy wọnyi ṣe afihan awọn anfani agbara kan pato ti o ga ju ti graphite ibile (372 mA·bg) ati lithium titanate (LTO, 175 mA · Ng), iyipada iwọn didun ati ipadanu agbara akọkọ ti ko ni iyipada ti wọn gba lakoko idiyele ati idasilẹ ṣe opin igbesi aye wọn. Lati bori awọn iṣoro wọnyi, awọn oniwadi ti ṣawari awọn ọgbọn oriṣiriṣi, gẹgẹbi idinku iwọn patiku si nanoscale ati igbiyanju lati kọ awọn ọna ṣiṣe ohun elo akojọpọ ti o ni awọn paati litiumu ti nṣiṣe lọwọ tabi aiṣiṣẹ lọwọ. Lara awọn ọna wọnyi, apapọ goolu litiumu ti nṣiṣe lọwọ pẹlu awọn ohun elo alloy lati ṣe agbekalẹ sobusitireti imudani ti ṣe afihan agbara ni ilọsiwaju iṣẹ ṣiṣe. Pẹlupẹlu, lilo awọn oriṣiriṣi morphologies ti awọn nanostructures, gẹgẹbi nanowires tabi nanotubes, ti tun fihan pe o jẹ ọna ti o munadoko lati ṣe aṣeyọri awọn ohun elo anode ti o dara julọ ti o darapọ agbara giga, iṣẹ oṣuwọn to dara, ati igbesi aye gigun.
Si{1}-Awọn ohun elo anode ti o da lori silikoni
Silikoni{0}}awọn ohun elo anode ti o da ni akọkọ jẹ ohun alumọni mimọ, silikoni oxide, ati awọn akojọpọ silikoni/erogba. Nitori agbara imọ-jinlẹ giga wọn, ọrẹ ayika, ati ọpọlọpọ awọn ifiṣura adayeba, gbogbo eniyan ni a ka wọn si yiyan ti o dara julọ fun atẹle -iran giga{3}}agbara{4}}lithium iwuwo{5}ion batiri anodes. Awọn onimo ijinlẹ sayensi Ilu Ṣaina ni akọkọ ni agbaye lati daba imọran ti lilo silikoni nanoscale si awọn batiri lithium{7}}. Fun awọn orisun silikoni lọpọlọpọ ti Ilu China ati agbaye{9} agbara iṣelọpọ ti silikoni ipilẹ, jijẹ iwadi ati awọn akitiyan idagbasoke lori silikoni{10}awọn ohun elo anode ti o da lori ati ohun elo wọn ninu awọn batiri lithium{11}} ṣe pataki pupọ fun mimu awọn imọ-ẹrọ pataki ti awọn batiri lithium ṣiṣẹ iwaju{12}lithium ṣiṣẹ{13}
Ti a fiwera si awọn ohun elo anode graphite ibile, ohun alumọni ṣe afihan agbara imọ-jinlẹ ti o ga julọ (4211 mA·h/g) ati agbara irẹwẹsi kekere ti o kere ju (0.5V). Ni pataki, foliteji iṣẹ silikoni ga diẹ sii ju ti lẹẹdi lọ. Nọmba 5 -9 ṣe afihan iṣeto atomu kan pato laarin kristali silikoni. Lakoko gbigba agbara, lilo ohun alumọni bi anode le dinku dida litiumu dada, nitorinaa imudarasi aabo batiri. Pẹlupẹlu, silikoni jẹ lọpọlọpọ ati ilamẹjọ. Sibẹsibẹ, lilo silikoni si lithium{11}}awọn anodes batiri ion tun ṣe afihan diẹ ninu awọn italaya. Gẹgẹbi ohun elo semikondokito, ohun alumọni ko ni adaṣe ti ko dara. Lẹhin idiyele pupọ - awọn iyipo idasile, awọn iyipada iwọn didun pataki ti o ṣẹlẹ nipasẹ lithium{14}} fifi sii ati itusilẹ le ja si fifọ ohun elo, ni ipa lori iduroṣinṣin igbekalẹ ati ti o le fa ipinya ohun elo ti nṣiṣe lọwọ lati ọdọ olugba lọwọlọwọ, ni ipa pupọ si igbesi aye yipo batiri naa. Síwájú sí i, ìmúgbòòrò ìwọ̀n ìgbóhùnsáfẹ́fẹ́ yìí tún ń ṣèdíwọ́ dídásílẹ̀ fíìmù tó dúró ṣinṣin tí ó sì gbéṣẹ́{17}}íṣàmúlò ìpínlẹ̀ electrolyte (SED) lórí ojú ilẹ̀ silikoni. Pipin ohun alumọni ni iṣọkan tabi awọn agbo ogun rẹ laarin matrix erogba le dinku awọn iṣoro wọnyi si iwọn diẹ: ni ọwọ kan, o ṣe ilọsiwaju imudara itanna gbogbogbo ti ohun elo akojọpọ; ni apa keji, wiwa erogba ṣe iranlọwọ lati dinku aapọn ti o ṣẹlẹ nipasẹ awọn iyipada iwọn didun ohun alumọni, idinku ibajẹ si eto elekiturodu; nigbakanna, erogba le ṣe igbelaruge idasile iduroṣinṣin ti fiimu SEI. Nítorí náà, àwọn ohun èlò àkópọ̀ àkópọ̀ àwọn ànfààní silicon àti carbon ni a kà sí ọ̀kan lára àwọn olùdíje anode tí ó dára jùlọ fún{18}}ìran tó ń bọ̀{19}}amúná{20}} àwọn batiri lithium-ion density.
SiO
Yato si silikoni, silicon monoxide (SiO) tun jẹ ohun elo anode oludije fun lithium{0}} awọn batiri ion nitori agbara imọ-jinlẹ rẹ ti o kọja 1600 mA·h/g. Siwaju sii, litiumu{3}} Iṣọkan atẹgun tumọ si awọn iyipada iwọn kekere ati awọn agbara imuṣiṣẹ kekere lakoko gbigba agbara ati idasilẹ. Awọn aati elekitirokemika ti o pọju lakoko ilana yii pẹlu iyipada SiO si Si ati LiO, atẹle nipa dida silikoni - alloy lithium pẹlu Li; tabi idasile taara silikoni -lithium alloy ati LixSiO2. O jẹ akiyesi pe SiO mimọ ti o lagbara jẹ riru thermodynamically ni eyikeyi iwọn otutu ati nitorinaa o le decompose sinu Si ati SiO2 labẹ awọn ipo kan pato nipasẹ iṣesi aiṣedeede. Iru si ohun alumọni, SiO gba imugboroja iwọn didun pataki tabi ihamọ lakoko ifibọ litiumu ati isediwon. Ni afikun, SiO ko ni iṣiṣẹ ti ko dara, ti o fa abajade litiumu o lọra{11}} ati awọn iwọn yiyọ kuro. Lati koju awọn ọran wọnyi, mu agbara iparọ pada, ati ilọsiwaju iduroṣinṣin ọmọ, awọn oniwadi ti ṣawari awọn ọgbọn oriṣiriṣi. Lara iwọnyi, imọ-ẹrọ ti a bo erogba, idinku elekitiroki ti litiumu ni SiO, ati idinku iwọn patiku SiO ni a gbero ni pataki awọn isunmọ ti o munadoko. Ni pataki, nigba ti a ba ni idapo pẹlu awọn patikulu kekere ati awọn ideri erogba, ọna itankale ti awọn ions litiumu le kuru ni imunadoko, lakoko imudara itanna ati ṣiṣe adaṣe ion, nitorinaa bibori awọn italaya ti a mẹnuba.
GE
Germanium ti fa akiyesi pataki ni litiumu{0}}iwadi ohun elo batiri anode nitori agbara ibi ipamọ lithium giga rẹ (1623 mA·h/g) ni Liz2Ge5 stoichiometric ratio ati fifi sii lithiumumu ati ilana isediwon pada. Botilẹjẹpe germanium gbowolori diẹ sii ju ohun alumọni ati pe o ni agbara kekere diẹ, o ni awọn anfani to ṣe pataki, gẹgẹ bi iṣe adaṣe ni awọn akoko 10,000 ti ohun alumọni ati aafo ẹgbẹ kan ti 0.67 eV nikan. Awọn ijinlẹ ti fihan pe iwọn kaakiri ti awọn ions litiumu ni germanium jẹ awọn akoko 15 yiyara ju silikoni lọ ni iwọn 360 ati awọn akoko 400 yiyara ni iwọn otutu yara. Awọn ohun-ini wọnyi fun germanium ti o ga julọ{13}} iṣẹ ṣiṣe idasilẹ lọwọlọwọ ati ṣiṣe gbigbe idiyele giga julọ. Iṣe agbara giga - ṣe pataki ni pataki fun awọn ohun elo to nilo iṣelọpọ agbara giga, gẹgẹbi awọn ọkọ ayọkẹlẹ ina. Sibẹsibẹ, ti o jọra si silikoni, germanium tun dojukọ iṣoro imugboroja iwọn didun to 300%, eyiti o ti di idiwọ si ohun elo ti o wulo ninu awọn batiri lithium{19}}. Nipa lilo awọn apẹrẹ nanostructure gẹgẹbi awọn ẹwẹ titobi, nanowires, tabi nanotubes, ipa odi ti awọn iyipada iwọn didun le dinku ni imunadoko, nitorinaa imudara iṣẹ ṣiṣe coulombic. O yẹ ki o ṣe akiyesi pe igbaradi ti germanium nanoparticle{22}} awọn akojọpọ sobusitireti ti n ṣe adaṣe ni lilo awọn ọna ti o rọrun gẹgẹbi riro{23}} ipinle pyrolysis le tun mu iṣẹ ṣiṣe elekitirodi ti awọn amọna pọ si.
SnO2
Tin dioxide (SnO2), ni ibẹrẹ ti Fujifilm ṣe idagbasoke, ti fa akiyesi ibigbogbo bi ohun elo elekiturodu odi fun lithium{1}} awọn batiri ion nitori agbara imọ-jinlẹ giga rẹ ati foliteji ṣiṣiṣẹ kekere (isunmọ 0.6 eV, ni ibatan si LiLi). Ninu ilana ifaseyin elekitirokemika, o kọkọ gba igbesẹ kan ti a ko le yipada, nibiti SnO2 ti dinku si tin metallic (Sn) ati lithium oxide (LiO); lẹ́yìn náà, ìṣàkóso yíyípadà máa ń wáyé, tí ó kan dídásílẹ̀ àti jíjẹrà tin- alloy tin. Ni imọ-jinlẹ, moolu kọọkan ti SnO2 le fesi pẹlu 8.4 mol ti lithium, ti o baamu agbara imọ-jinlẹ ti 1491 mA·h/g. Bibẹẹkọ, fun ipadasẹhin kekere ti iṣesi idinku akọkọ, ni awọn ohun elo ti o wulo, agbara ti o munadoko nikan ti o ṣe idasi nipasẹ ilana alloying/adeloying ti o tẹle{11}}isunmọ 783 mA·h/g{13}} ni a gbero ni igbagbogbo, ati pe iye yii jẹ lilo bi agbara imọ-jinlẹ iṣe ti ohun elo SnO2. Pẹlupẹlu, lakoko idiyele{16}} awọn iyipo idasile, ohun elo yi gba imugboroja iwọn didun pataki (ju 200%), ti o yori si pipadanu agbara nla. Ni ipari yii, awọn oniwadi ṣe igbẹhin si imudarasi iduroṣinṣin gigun kẹkẹ ti SnO2 ati idinku pipadanu agbara ti ko ni iyipada nitori awọn iyipada iwọn didun nipasẹ awọn ọna oriṣiriṣi.