אַללוי -טיפּ אַנאָוד מאַטעריאַלס

דער פּלאַן פון צוקונפֿטליטהיום -יאָן באַטעריזמוזן קענען צו טרעפן די פאדערונגען פון הויך -ענערגיע -קאַנסומינג דעוויסעס, אַזאַ ווי ריין עלעקטריק וועהיקלעס, צאַפּן-אין כייבריד עלעקטריק וועהיקלעס, און סטיישאַנערי ענערגיע סטאָרידזש סיסטעמען. פֿאַר ראָמאַן אַנאָוד מאַטעריאַלס אונטער אַנטוויקלונג, קאַפּאַציטעט איז איינער פון די שליסל פאָרשטעלונג ינדיקאַטאָרס. באַזירט אויף פאַרשידענע אָפּרוף מעקאַניזאַמז, עטלעכע קאַנדידאַט מאַטעריאַלס מיט הויך טעאָרעטיש קאַפּאַסאַטיז אַרייַננעמען סיליציום (Si), גערמאַניום (Ge), סיליציום מאַנאַקסייד (SiO), צין (Sn), און זייַן אַקסייד (SnOz), מיט טיפּיש קאַפּאַסאַטיז ריינדזשינג פון 783 מאַ·ג (פֿאַר SnOz) צו 4211 מאַה / ה. כאָטש די צומיש מאַטעריאַלס האָבן העכער ספּעציפֿיש קאַפּאַציטעט אַדוואַנטידזשיז קאַמפּערד מיט טראדיציאנעלן גראַפייט (372 מאַ·בג) און ליטהיום טיטאַנאַטע (לטאָ, 175 מאַ·נג), די באַנד ענדערונגען און ערשט יריווערסאַבאַל קאַפּאַציטעט אָנווער זיי אַנדערגאָו בעשאַס אָפּצאָל און אָפּזאָגן באַגרענעצן זייער לעבן. צו באַקומען די פראבלעמען, ריסערטשערז האָבן יקספּלאָרד פאַרשידן סטראַטעגיעס, אַזאַ ווי רידוסינג פּאַרטאַקאַל גרייס צו די נאַנאָסקאַלע און פּרווון צו בויען קאַמפּאַזאַט מאַטעריאַל סיסטעמען מיט אַקטיוו אָדער ינאַקטיוו מעטאַלליק ליטהיום קאַמפּאָונאַנץ. צווישן די מעטהאָדס, קאַמביינינג אַקטיוו ליטהיום גאָלד מיט צומיש מאַטעריאַלס צו פאָרעם אַ קאַנדאַקטיוו באַפער סאַבסטרייט האט געוויזן פּאָטענציעל אין ימפּרוווינג ציקל פאָרשטעלונג. דערצו, די נוצן פון פאַרשידענע מאָרפאָלאָגיעס פון נאַנאָסטרוקטורעס, אַזאַ ווי נאַנאָווירעס אָדער נאַנאָטובעס, איז אויך פּראָווען צו זיין אַ עפעקטיוו צוגאַנג צו דערגרייכן ידעאַל אַנאָוד מאַטעריאַלס וואָס פאַרבינדן הויך קאַפּאַציטעט, גוט פאָרשטעלונג און לאַנג ציקל לעבן.

סי--סיליציום-באזירט אַנאָוד מאַטעריאַלס

סיליציום -באזירט אַנאָוד מאַטעריאַלס זענען דער הויפּט קאַמפּאָוזד פון ריין סיליציום, סיליציום אַקסייד און סיליציום / טשאַד קאַמפּאַזאַץ. רעכט צו זייער הויך טעאָרעטיש קאַפּאַציטעט, ינווייראַנמענאַל פריינדלעכקייט, און שעפעדיק נאַטירלעך ריזערווז, זיי זענען וויידלי גערעכנט ווי די ידעאַל ברירה פֿאַר ווייַטער - דור הויך - ענערגיע - געדיכטקייַט ליטהיום - יאָן באַטאַרייע אַנאָדעס. כינעזיש סייאַנטיס זענען די ערשטער אין דער וועלט צו פאָרשלאָגן דעם באַגריף פון אַפּלייינג נאַנאָסקאַלע סיליציום צו ליטהיום - יאָן באַטעריז. געגעבן טשיינאַ ס שעפעדיק סיליציום רעסורסן און וועלט-לידינג פּראָדוקציע קאַפּאַציטעט פון עלעמענטאַל סיליציום, ינקריסינג פאָרשונג און אַנטוויקלונג השתדלות אויף סיליציום-באזירט אַנאָוד מאַטעריאַלס און זייער אַפּלאַקיישאַן אין ליטהיום{{11} יאָן באַטעריז איז פון גרויס באַטייַט פֿאַר מאַסטערינג די שליסל טעקנאַלאַדזשיז פון צוקונפֿט הויך -פאָרשטעלונג ליטהיום באַטעריז.

קאַמפּערד מיט טראדיציאנעלן גראַפייט אַנאָוד מאַטעריאַלס, סיליציום יגזיבאַץ אַ העכער טעאָרעטיש ספּעציפיש קאַפּאַציטעט (4211 מאַ · ה / ג) און אַ לעפיערעך נידעריקער דעליטהאַטיאָן פּאָטענציעל (0.5 וו). נאָוטאַבלי, די אַפּערייטינג וואָולטידזש פון סיליציום איז אַ ביסל העכער ווי די פון גראַפייט. פיגורע 5 -9 אילוסטרירט די ספעציפישע אטאמישע ארדענונג אין א סיליציום קריסטאל. בעשאַס טשאַרדזשינג, ניצן סיליציום ווי די אַנאָוד קענען רעדוצירן די ייבערפלאַך ליטהיום פּלייטינג, דערמיט ימפּרוווינג באַטאַרייע זיכערקייַט. דערצו, סיליציום איז שעפעדיק און ביליק. אָבער, אַפּלייינג סיליציום צו ליטהיום-יאָן באַטאַרייע אַנאָדעס אויך גיט עטלעכע טשאַלאַנדזשיז. ווי אַ סעמיקאַנדאַקטער מאַטעריאַל, סיליציום האט אַ נידעריק קאַנדאַקטיוואַטי. נאָך קייפל אָפּצאָל - אָפּזאָגן סייקאַלז, די באַטייטיק באַנד ענדערונגען געפֿירט דורך ליטהיום -יאָן ינסערשאַן און מעלדונג קענען פירן צו מאַטעריאַל ברייקידזש, אַפעקטינג סטראַקטשעראַל פעסטקייַט און פּאַטענטשאַלי פאַרשאַפן צעשיידונג פון די אַקטיוו מאַטעריאַל פון די קראַנט קאַלעקטער, סאַווירלי פּראַל אויף די באַטאַרייע ס ציקל לעבן. דערצו, דעם באַנד יקספּאַנשאַן אויך כינדערז די פאָרמירונג פון אַ סטאַביל און עפעקטיוו האַרט שטאַט עלעקטראָליטע צובינד (SED) פילם אויף די סיליציום ייבערפלאַך. וניפאָרמלי דיספּערסינג ריין סיליציום אָדער זייַן קאַמפּאַונדז ין אַ טשאַד מאַטריץ קענען גרינגער מאַכן די פּראָבלעמס צו עטלעכע מאָס: אויף די איין האַנט, עס ימפּרוווז די קוילעלדיק עלעקטראָניש קאַנדאַקטיוואַטי פון די קאַמפּאַזאַט מאַטעריאַל; אויף די אנדערע האַנט, די בייַזייַן פון טשאַד העלפּס צו גרינגער מאַכן די דרוק געפֿירט דורך סיליציום באַנד ענדערונגען, רידוסינג שעדיקן צו די ילעקטראָוד סטרוקטור; סיימאַלטייניאַסלי, טשאַד קענען העכערן די סטאַביל פאָרמירונג פון די SEI פילם. דעריבער, קאַמפּאַזאַט מאַטעריאַלס וואָס קאַמביינינג די אַדוואַנטידזשיז פון סיליציום און טשאַד זענען געהאלטן איינער פון די ידעאַל אַנאָוד קאַנדאַדייץ פֿאַר ווייַטער - דור הויך-ענערגיע -געדיכטקייַט ליטהיום-יאָן באַטעריז.

SiO

אַחוץ סיליציום, סיליציום מאַנאַקסייד (SiO) איז אויך געהאלטן אַ קאַנדידאַט אַנאָוד מאַטעריאַל פֿאַר ליטהיום {{0} יאָן באַטעריז רעכט צו זייַן טעאָרעטיש קאַפּאַציטעט יקסיד 1600 מאַ·ה/ג. דערצו, ליטהיום - זויערשטאָף קאָואָרדאַניישאַן ימפּלייז קלענערער באַנד ענדערונגען און נידעריקער אַקטאַוויישאַן ענערגיעס בעשאַס אָפּצאָל און אָפּזאָגן. פּאָטענציעל עלעקטראָטשעמיקאַל ריאַקשאַנז בעשאַס דעם פּראָצעס אַרייַננעמען די קאַנווערזשאַן פון SiO צו Si און LiO, נאכגעגאנגען דורך די פאָרמירונג פון אַ סיליציום - ליטהיום צומיש מיט לי; אָדער די דירעקט פאָרמירונג פון אַ סיליציום - ליטהיום צומיש און ליקססיאָ2. עס איז נאָוטווערדי אַז ריין האַרט סיאָ איז טהערמאָדינאַמיקאַללי אַנסטייבאַל אין קיין טעמפּעראַטור און קענען דעריבער צעלייגנ זיך אין סי און סיאָ 2 אונטער ספּעציפיש טנאָים דורך אַ דיספּראַפּאָרשאַניישאַן אָפּרוף. ענלעך צו סיליציום, SiO אַנדערגאָוז אַ באַטייטיק באַנד יקספּאַנשאַן אָדער צונויפצי בעשאַס ליטהיום ינסערשאַן און יקסטראַקשאַן. אין דערצו, SiO האט נעבעך קאַנדאַקטיוואַטי, ריזאַלטינג אין פּאַמעלעך ליטהיום-יאָן ינגרעסס און יגרעסס רייץ. צו אַדרעס די ישוז, פאַרבעסערן ריווערסאַבאַל קאַפּאַציטעט און פֿאַרבעסערן ציקל פעסטקייַט, ריסערטשערז האָבן יקספּלאָרד פאַרשידן סטראַטעגיעס. צווישן די, טשאַד קאָוטינג טעכנאָלאָגיע, עלעקטראָטשעמיקאַל רעדוקציע פון ​​ליטהיום אין סיאָ און רידוסינג סיאָ פּאַרטאַקאַל גרייס זענען באטראכט ווי דער הויפּט עפעקטיוו אַפּראָוטשיז. אין באַזונדער, ווען קאַמביינד מיט קלענערער פּאַרטיקאַלז און טשאַד קאָוטינגז, די דיפיוזשאַן וועג פון ליטהיום ייאַנז קענען זיין יפעקטיוולי פאַרקירצט, בשעת ימפּרוווינג עלעקטראָן און יאָן קאַנדאַקשאַן עפעקטיווקייַט, און דערמיט אָוווערקאַמינג די אַפאָרמענשאַנד טשאַלאַנדזשיז.

GE

גערמאַניום האט געצויגן באַטייטיק ופמערקזאַמקייט אין ליטהיום {{0} יאָן באַטאַרייע אַנאָוד מאַטעריאַל פאָרשונג רעכט צו זייַן הויך ליטהיום סטאָרידזש קאַפּאַציטעט (1623 מאַ·ה / ג) אין די ליז2גע5 סטאָיטשיאָמעטריק פאַרהעלטעניש און זייַן ריווערסאַבאַל ליטהיום ינסערשאַן און יקסטראַקשאַן פּראָצעס. כאָטש גערמאַניום איז מער טייַער ווי סיליציום און האט אַ ביסל נידעריקער קאַפּאַציטעט, עס פארמאגט באַטייַטיק אַדוואַנידזשיז, אַזאַ ווי קאַנדאַקטיוואַטי 10,000 מאל אַז פון סיליציום און אַ באַנד ריס פון בלויז 0.67 eV. שטודיום האָבן געוויזן אַז די דיפיוזשאַן קורס פון ליטהיום ייאַנז אין גערמאַניום איז 15 מאל פאַסטער ווי אין סיליציום ביי 360 גראַד און 400 מאל פאַסטער אין צימער טעמפּעראַטור. די פּראָפּערטיעס געבן גערמאַניום ויסגעצייכנט הויך - קראַנט אָפּזאָגן פאָרשטעלונג און העכער אָפּצאָל אַריבערפירן עפעקטיווקייַט. די הויך מאַכט פאָרשטעלונג איז דער הויפּט וויכטיק פֿאַר אַפּלאַקיישאַנז וואָס דאַרפן הויך פאָרשטעלונג מאַכט רעזולטאַט, אַזאַ ווי עלעקטריש וועהיקלעס. אָבער, ענלעך צו סיליציום, גערמאַניום אויך פייסיז די פּראָבלעם פון באַנד יקספּאַנשאַן פון אַרויף צו 300%, וואָס איז געווארן אַ שטערונג פֿאַר זייַן פּראַקטיש אַפּלאַקיישאַן אין ליטהיום -יאָן באַטעריז. דורך ניצן נאַנאָסטרוקטורע דיזיינז אַזאַ ווי נאַנאָפּאַרטיקלעס, נאַנאָווירעס אָדער נאַנאָטובעס, די נעגאַטיוו פּראַל פון באַנד ענדערונגען קענען זיין יפעקטיוולי מיטאַגייטיד, און דערמיט ימפּרוווינג די קולאָמביק עפעקטיווקייַט. עס איז כדאי צו באמערקן אַז די צוגרייטונג פון גערמאַניום נאַנאָפּאַרטיקלע - קאַנדאַקטיוו סאַבסטרייט קאַמפּאַזאַץ ניצן פּשוט מעטהאָדס אַזאַ ווי האַרט - שטאַט פּיראָליסיס קענען ווייַטער אַפּטאַמייז די עלעקטראָטשעמיקאַל פאָרשטעלונג פון די ילעקטראָודז.

SnO2

צין דייאַקסייד (SnO2), טכילעס דעוועלאָפּעד דורך Fujifilm, האט געצויגן וויידספּרעד ופמערקזאַמקייט ווי אַ נעגאַטיוו ילעקטראָוד מאַטעריאַל פֿאַר ליטהיום - יאָן באַטעריז רעכט צו זייַן הויך טעאָרעטיש קאַפּאַציטעט און נידעריק אַפּערייטינג וואָולטידזש (בעערעך 0.6 eV, קאָרעוו צו לילי). אין די עלעקטראָטשעמיקאַל אָפּרוף פּראָצעס, עס ערשטער אַנדערגאָוז אַ טייל יריווערסאַבאַל שריט, ווו SnO2 איז רידוסט צו מעטאַלליק צין (Sn) און ליטהיום אַקסייד (ליאָ); דערנאָך, אַ ריווערסאַבאַל פאַסע אַקערז, ינוואַלווינג די פאָרמירונג און דיקאַמפּאָוזישאַן פון די צין - ליטהיום צומיש. טעאָרעטיש, יעדער מאָל פון SnO2 קענען רעאַגירן מיט 8.4 מאָל פון ליטהיום, קאָראַספּאַנדינג צו אַ טעאָרעטיש קאַפּאַציטעט פון 1491 מאַ · ה / ג. אָבער, געגעבן די נידעריק ריווערסאַביליטי פון די ערשט רעדוקציע אָפּרוף, אין פּראַקטיש אַפּלאַקיישאַנז, בלויז די עפעקטיוו קאַפּאַציטעט קאַנטריביוטיד דורך די סאַבסאַקוואַנט צומיש / דעאַללויינג פּראָצעס - בעערעך 783 מאַ·ה / ג - איז טיפּיקלי באַטראַכט, און די ווערט איז געניצט ווי די פּראַקטיש טעאָרעטיש קאַפּאַציטעט פון SnO2 מאַטעריאַל. דערצו, בעשאַס טשאַרדזשינג- אָפּזאָגן סייקאַלז, דעם מאַטעריאַל אַנדערגאָו אַ באַטייטיק באַנד יקספּאַנשאַן (איבער 200%), לידינג צו שטרענג קאַפּאַציטעט אָנווער. צו דעם סוף, ריסערטשערז זענען דעדאַקייטאַד צו פֿאַרבעסערן די סייקלינג פעסטקייַט פון SnO2 און רידוסינג יריווערסאַבאַל קאַפּאַציטעט אָנווער רעכט צו באַנד ענדערונגען דורך פאַרשידן מעטהאָדס.