Uprostred vlny prechodu na energiu sa inovácia v technológii batérií stala rozhodujúcou pre vedenie vývoja v mnohých oblastiach. Silikón - Materiály uhlíkových anód, stúpajúca hviezda v lítiu - Materiály iónovej batérie, sa postupne objavujú a ponúkajú novú nádej na zlepšenie výkonu batérie a prelomenie existujúcimi prekážkami energetickej hustoty. Ich vývoj priťahuje značnú pozornosť.
I. Prehľad kremíka - Materiály uhlíka
I) Definícia a zloženie
Silikón - Materiály uhlíka sú nové anódové materiály tvorené kombináciou kremíka (SI) a uhlíkových materiálov špecifickým spôsobom. Silikón s extrémne vysokou teoretickou špecifickou kapacitou (približne 4200 mAh/g), ďaleko presahuje tvar tradičných materiálov grafitových anód (teoretická špecifická kapacita približne 372 mAh/g), čo z neho robí ideálnu voľbu na zvýšenie hustoty energie batérie. Silikón však zažíva rozširovanie objemu o viac ako 300% počas náboja a výboja, čo je nevýhoda, ktorá výrazne obmedzuje jeho praktické použitie v batériách. Na druhej strane uhlíkové materiály majú vynikajúcu vodivosť, stabilitu a určitý stupeň flexibility. Kombinácia ich s kremíkom účinne zmierňuje objem kremíka a zlepšuje stabilitu štruktúry elektród. Dva materiály sa navzájom dopĺňajú a spoločne tvoria základný systém kremíka - uhlíkové anódové materiály.
Ii) Vývojové pozadie
Vďaka rýchlemu rozvoju technológie kladú rôzne elektronické zariadenia a nové energetické vozidlá stále väčšie požiadavky na výkon batérie, ako je hustota energie a rozsah energie. Po rokoch vývoja dosiahla výkon tradičných materiálov grafitových anód svoje teoretické limity, čo sťažuje uspokojenie dopytu trhu po ďalšom zlepšení výkonu batérie. Na tomto pozadí vedci obrátili svoju pozornosť na materiály založené na kremíku - a prostredníctvom nepretržitého prieskumu vyvinuli kremík - materiály s uhlíkovými anódami v nádeji, že prelomia patovú situáciu pri zlepšovaní výkonu batérie a poháňajú súvisiace priemysel do novej fázy vývoja.
II. Technické výhody kremíka - Materiály uhlíkových anód
I) vysoká hustota energie
Ako je uvedené vyššie, vysoká špecifická kapacita kremíka umožňuje kremík - uhlíkové anódové materiály ukladať viac lítium -iónov v batériách, čo výrazne zlepšuje hustotu energie batérie. V porovnaní s tradičnými batériami grafitových anód môžu batérie vybavené kremíkom - uhlíkovými anódovými materiálmi dosiahnuť rozsahu vyššej hustoty energie, čo poskytuje dlhšie - životnosť batérie pre elektronické zariadenia a dlhšiu jazdnú dosah pre elektrické vozidlá. To účinne zmierňuje obavy z nedostatočného výkonu batérie v elektronických zariadeniach a „úzkosť rozsahu“ elektrických vozidiel.
(2) Vylepšené nízko - Výkon teploty
Výskum ukázal, že kremíky - materiály uhlíkových anód vykazujú pri nízkych teplotách lepšiu stabilitu cyklistiky ako materiály grafitových anód. V chladných zimách môžu mobilné telefóny a elektrické vozidlá s použitím kremíka - uhlíkové anódové materiály účinne zmierniť problém rýchleho odtoku batérií, čím sa zabezpečí, že zariadenia môžu naďalej fungovať normálne v nízkych - prostrediach teploty, čo výrazne vylepšuje užívateľskú skúsenosť.
(3) uľahčuje rýchle nabíjanie
Počas procesu nabíjania sa lítium ióny prednostne vkladajú do kremíka a potom do grafitových medzivrstiev. Táto charakteristika kremíka - uhlíkovými anódovými materiálmi zvyšuje priemerný potenciál anódy a znižuje pravdepodobnosť pokovovania lítium, čo uľahčuje rýchle nabíjanie a uspokojuje požiadavky používateľov na rýchle doplnenie batérie.
Prípravný proces pre materiály uhlíkových anód
I) mechanické mletie gule
Mechanické mletie gule je relatívne tradičná metóda prípravy. Zahŕňa umiestnenie surovín, ako je silikónový prášok a uhlíkový prášok do guľôčkového mlyna. Vysoký - otáčanie rýchlosti mlečných guličiek spôsobuje, že častice suroviny sa zrážajú, miešajú a vylepšujú, čím sa dosahuje kompozitný kremík a uhlík. Táto metóda je relatívne jednoduchá a nízka - náklady, ale trpí problémami, ako je zlá miešajúca uniformita a obtiažnosť v presnej kontrole veľkosti častíc, čo vedie k obmedzenej výkonovej stabilite výsledného kremíka - uhlíkového materiálu.
Ii) ukladanie chemickej pár (CVD)
V posledných rokoch sa postupne objavila nová generácia prípravných procesov, ktoré predstavuje CVD. Pri CVD je silánové plyny pyrolyzované pri vysokých teplotách, čo vedie k zrážaniu a rovnomernej disperzii kremíkových nanočastíc v póroch porézneho uhlíka. Tento porézny uhlíkový rámec nielen významne zmierňuje expanziu kremíka počas náboja a výtoku, ale tiež poskytuje cesty na rýchly prenos lítium -iónov, čím efektívne zlepšuje rýchle nabíjanie materiálu -.
Silikón - uhlíkové negatívne elektródové materiály pripravené metódou CVD majú výhody nízkej rýchlosti expanzie, vynikajúceho výkonu cyklu a vyššej hustoty energie a považujú sa za hlavnú prípravnú cestu pre ďalšiu generáciu kremíka -