אנודת מתכת ליתיום מרוכבת בטיחותית גבוהה היא הדור הבא של סוללת אחסון אנרגיה בצפיפות אנרגיה גבוהה?
The research group of Professor Zhang Qiang from the Department of Chemical Engineering of Tsinghua University published the paper "Coralloid Carbon Fiber-Based Composite Lithium Anode for Robust Lithium Metal Batteries" in the well-known journal "Joule" in the energy field. Important progress has been made in the field of high-safety and high-capacity composite lithium metal anodes. The research was selected as the cover article of this issue of Joule, and the cover image was published.
לליתיום מתכת יש קיבולת ספציפית תיאורטית גבוהה במיוחד ופוטנציאל אלקטרודת החיזור הנמוך ביותר, כך שהוא הפך לחומר האנודה האידיאלי ביותר עבור סוללות אחסון אנרגיה-בדור הבא ב-צפיפות אנרגיה- גבוהה (הבא -סוללות ליתיום מוצק-הדור, סוללות ליתיום-סוללות גופרית, סוללות ליתיום-אוויר וכו'). עם זאת, בעיית הדנדריטים במהלך הטעינה והפריקה של ליתיום מתכת וחוסר היציבות של סרט ממשק הליתיום-אלקטרוליט מפחיתים ברצינות את יעילות המחזור של סוללות מתכת ליתיום, מקצרים את חיי השירות של הסוללה, ואף מביאים דרגה מסוימת של סכנות בטיחותיות. לעכב את הפיתוח של סוללות מתכת ליתיום.
The cover picture uses a metaphor to express the design idea of "composite lithium metal negative electrode". The composite lithium metal negative electrode based on lithiophilic carbon fiber is likened to a ship, which can sail stably in the "ocean" of molten lithium.
לאחרונה, חוקרים הציעו מספר אנודות ליתיום מתכתיות המבוססות על מסגרות פחמן מוליכות או מסגרות מתכת. עם זאת, רבות מהמסגרות הללו לא היו מורכבות מראש-עם ליתיום מתכתי, אלא נבדקו בחצי-תאים כקולטי זרם חופשיים של ליתיום{{2}. קשה ליישם אוספי זרם חופשיים מסוג ליתיום- ישירות על תאים מלאים. לכן, כיצד לרכז ביעילות-מתכת ליתיום למבנה האספן הנוכחי ליצירת אנודת מתכת ליתיום מרוכבת-בביצועים גבוהים, שניתן להרכיב ישירות כסוללה מלאה, הפכה למוקד המחקר.
צוות המחקר של פרופסור Zhang Qiang מאוניברסיטת Tsinghua הציע אלקטרודה שלילית של מתכת ליתיום מרוכבת עם אלמוגים-כמו סיבי פחמן מומסים וממולאים בליתיום בתגובה לדרישה הדחופה לאלקטרודות מרוכבות בסוללות ליתיום מתכת. פני השטח של שלד סיבי הפחמן (CF) משתנה למשטח ליתיופילי על ידי שיטת ציפוי כסף באלקטרו, כך שמתכת הליתיום המותכת הנוזלית יכולה להיספג במהירות בשלד סיבי הפחמן (CF/Ag) עם ציפוי כסף, כך להשגת ביצועים גבוהים אנודת מתכת ליתיום מורכבת (CF/Ag-Li).
On the one hand, the silver coating can modify any conductive framework into a lithiophilic conductive framework that can siphon liquid molten lithium, and on the other hand, it can also reduce the deposition overpotential of metallic lithium, and obtain excellent cycle stability at high rates and no dendrites. Cyclic morphology of "dead lithium". Through the experimental observation of in-situ metallic lithium deposition, it is found that it is difficult to form dendrites in this composite structure. The proposed composite lithium metal anode can be stably cycled for more than 160 cycles with very low polarization under extremely harsh conditions of 10 mAcm-2 and 10 mAhcm-2. Compared with conventional lithium metal anodes, the composite lithium metal anode can withstand extreme areal current density and areal capacity cycling, showing high safety features.
אלמוגים-כמו ליתיום מותכת בסיבי פחמן-מולאת אנודת מתכת ליתיום מרוכבת
The composite metal lithium negative electrode is directly assembled with the sulfur positive electrode and the lithium iron phosphate positive electrode to form a lithium{{0}}sulfur battery and a lithium iron phosphate battery with excellent performance. Its lithium iron phosphate battery can stably cycle for more than 500 cycles at a rate of 1.0C, while the lithium-sulfur battery has an initial discharge capacity of 781mAhg-1 at 0.5C, and maintains a high-capacity cycle for more than 400 cycles. The conductive skeleton silver-plated lithium-injection method of this work can be universally applied to the design and preparation of any composite metal lithium anode based on the conductive skeleton. Lithium" cycle appearance, and then obtain excellent electrochemical performance in full battery systems such as lithium-sulfur batteries, and improve the safety of energy storage systems.
