Usred vala tranzicije energije, inovacija u baterijskoj tehnologiji postali su ključni za razvoj vožnje u mnogim poljima. Silicijum - Materijali ugljičnog anode, rastuća zvezda u litijumskim - baterijskim materijalima baterije, postepeno se pojavljuju, nudeći novu nadu za poboljšanje performansi baterije i probijanju postojećim grlom bocama za gustinu energije. Njihov razvoj privlači značajnu pažnju.
I. Pregled silikona - karbonskih anodnih materijala
(I) Definicija i sastav
Silicijum - Karbonski anodni materijali su roman anodni materijali formirani kombiniranjem silikona (SI) i ugljični materijal na određeni način. Silicon, sa izuzetno visokim teorijskim specifičnim kapacitetom (otprilike 4200 mAh / g), daleko prelazi da tradicionalni grafitni anodni materijali (teorijski specifični kapacitet od oko 372 mAh / g), čineći idealnim izborom za povećanje gustoće energije baterije. Međutim, Silicijum doživljava obim širenju preko 300% tokom punjenja i pražnjenja, nedostatak koji ozbiljno ograničava svoju praktičnu primjenu u baterijama. Ugljični materijali, s druge strane, posjeduju odličnu provodljivost, stabilnost i određeni stupanj fleksibilnosti. Kombiniranjem ih sa silicijum učinkovito ublažava promjene veličine Silikona i poboljšava stabilnost strukture elektrode. Dva materijala se međusobno kompliciraju i zajedno formiraju jezgra silikona - karbonskih anodnih materijala.
(Ii) Pozadina razvoja
Uz brzo napredovanje tehnologije, različiti elektronički uređaji i nova energetska vozila postavljaju sve veće zahtjeve o performansama baterije, poput gustoće i raspona energije. Nakon godina razvoja, obavljanje tradicionalnih grafitnih anodnih materijala dostigle su svoje teorijske granice, što otežava ispunjavanje potražnje tržišta za daljnja poboljšanja u performansama baterije. Protiv ove pozadine, naučnici su skrenuli na silikon - baziran na materijalu i, kontinuiranim istraživanjem, razvili su silikon - karbonski anodni materijali, nadajući se da će prekinuti zastoj u poboljšanju baterije i pokrenuti srodnu industriju u novu fazu razvoja.
II. Tehničke prednosti silikona - karbonskih anodnih materijala
(I) visoka gustina energije
Kao što je već spomenuto, visoki specifični kapacitet silikona omogućava silicijum - materijale ugljičnog anode da pohranjuju više litijumskih jona u baterije, značajno poboljšavajući energetsku gustoću baterije. U odnosu na tradicionalne grafitne anodne baterije, baterije opremljene silikonskim materijalima od karbonskih anoda mogu postići naloge veće gustoće energije, što je duže - trajan vijek trajanja za elektroničke uređaje i duži asortiman za električna vozila. To učinkovito ublažava zabrinutost nedovoljne baterije u elektroničkim uređajima i "Raspon anksioznosti" električnih vozila.
(2) Poboljšano nisko - temperaturne performanse
Istraživanje je pokazalo da silicijum - materijali od karbonskih anoda pokazuju bolju biciklističku stabilnost od grafitnih anodnih materijala pri niskim temperaturama. U hladnim zimama, mobilnim telefonima i električnim vozilima koji koriste Silicon - materijali za anode mogu učinkovito ublažiti problem brzog odvoda baterije, osiguravajući da uređaji mogu nastaviti normalno raditi u niskoj radnoj temperaturi, značajno poboljšavajući korisničko iskustvo.
(3) olakšava brzo punjenje
Tijekom postupka punjenja litijumski joni preferencijalno ugrađuju u silicijum, a zatim u grafitne interleitere. Ova karakteristika silikona - anodni anodni materijali povećava prosječni potencijal anode i smanjuje vjerojatnost litijumske obloge, olakšavanje brzog punjenja i ispunjavanja zahtjeva korisnika za brzo punjenje.
Proces pripreme za karbonske anodne materijale
(I) mljevenje mehaničke kuglice
Mehanička glodalica sa loptom je relativno tradicionalna metoda pripreme. Uključuje postavljanje sirovina poput silikonskog praha i ugljičnog praha u mlin za kuglu. Visoko - rotacija za brušenje kuglice uzrokuje da se sirovine čestice sudaraju, miješaju i pročišćavaju, čime se postigne kompozit silicijuma i ugljika. Ova metoda je relativno jednostavna i niska - trošak, ali pati od pitanja poput lošeg miješanja ujednačenosti i poteškoće u precizno kontrolirajući veličinu čestica, što rezultira ograničenom stabilnošću izvedbenog silikona.
(Ii) Kemijska taloga pare (CVD)
Posljednjih godina, postepeno se pojavila nova generacija pripremnih procesa, koju je zastupljena CVD, zastupljena. U CVD-u silanski plin je piroliziran na visokim temperaturama, što rezultira padavinama i ujednačenim disperzijom silikonskih nanočestica unutar pora poroznog ugljenika. Ovaj porozni okvir ugljika ne samo da značajno ublažava širenje silikona tokom punjenja i pražnjenja, ali takođe pruža puteve za brzi litijumski ion transport, efikasno poboljšavajući brzo - performanse punjenja materijala.
Silicijum - Materijali za negativne elektrode pripremljene metodom CVD-a imaju prednosti niske brzine ekspanzije, odličnih performansi ciklusa i veću gustinu energije i smatraju se glavnim pripravnim rutom za sljedeću generaciju materijala za negativne elektrode silicijuma.