ในการศึกษาครั้งล่าสุดที่ตีพิมพ์ในขนาดเล็กนักวิทยาศาสตร์ได้แนะนำโครงสร้างสามมิติที่มีรูพรุนที่มีรูพรุนฟรีของคาร์บอนนาโน (PCNF) ที่ฝังอยู่ในซิลิคอนออกไซด์ (SIOX) ออกแบบมาเพื่อแก้ปัญหาความท้าทายที่สำคัญในแบตเตอรี่ลิเธียมโลหะ (LMB)
โฮสต์ที่ออกแบบมานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อป้องกันการสร้าง dendrite ในขณะที่ปรับปรุงความมั่นคงทางเคมีไฟฟ้าความสามารถในการรักษาและความปลอดภัยของแบตเตอรี่ทั่วไป
โครงสร้างรวมพื้นผิวที่สูงการนำไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยมความพรุนภายในและความสัมพันธ์ของลิเธียมที่แข็งแกร่งสำหรับการสนับสนุนแม้ลิเธียมไอออนซึ่งเป็นขั้นตอนสำคัญในการทำให้แบตเตอรี่ลิเธียมโลหะทำกำไร
สินเชื่อรูปภาพ: Dimaberlin/Shutterstock.com
พื้นหลัง
แอโนดโลหะที่สว่างลงทำให้มั่นใจได้ถึงความหนาแน่นของพลังงานสูง แต่การต่อสู้กับปัญหาเช่นการเจริญเติบโตของไต่สวนเนื่องจากปฏิกิริยาของลิเธียมสูง dendrites เหล่านี้คุกคามความปลอดภัยของแบตเตอรี่และลดอายุการใช้งานของวัฏจักร วิธีการแบบดั้งเดิมในการใช้อิเล็กโทรไลต์เหลวหรือการเคลือบผิวป้องกันพื้นผิวไม่มีความเสถียรในระยะยาว
ความคืบหน้าล่าสุดได้เปลี่ยนไปสู่การออกแบบโฮสต์โครงสร้างซึ่งมีประสิทธิภาพมากขึ้นในการสะสมของลิเธียม ในหมู่พวกเขาวัสดุคาร์บอนไนโตรเจนที่มีความโดดเด่นเนื่องจากค่าการนำไฟฟ้าที่ดีเสถียรภาพทางเคมีและคุณสมบัติพื้นผิวที่ปรับจูน การบูรณาการของซิลิกอนออกไซด์ (SIOX) กับเฟรมคาร์บอนช่วยปรับปรุง lithophy และช่วยคำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงปริมาณในขณะที่ขี่จักรยานซึ่งทำให้ลิเธียมบ้าคลั่ง
ZIF-8, เฟรม imidazolan zeolithic ใช้เป็นสารตั้งต้นสำหรับการสร้างโครงสร้างนาโนที่ว่างเปล่าที่มีรูพรุนโดยการรักษาด้วยความร้อน การรวมถ่านหินจาก ZIF-8, Siox และไนโตรเจนยาสลบกับโฮสต์หนึ่งตัวเสนอวิธีการเสริมฤทธิ์กัน: สนับสนุนเขื่อนลิเธียมแบบสม่ำเสมอ จำกัด การสร้าง dendryt และรักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้างผ่านรอบการชาร์จซ้ำ กลยุทธ์หลายวัสดุนี้ช่วยแก้ข้อ จำกัด พื้นฐานของโครงการขั้วบวกทั่วไป
การศึกษาในปัจจุบัน
ทีมได้สังเคราะห์ Nannivts คาร์บอนที่มีรูพรุนด้วยไนโตรเจนที่เจือด้วยไนโตรเจน (เรียกว่า Siox-1@PCNF-1200) โดยใช้กระบวนการผลิตของการผลิตค่อยๆของ Electrothek และการรักษาด้วยความร้อน
กระบวนการเริ่มต้นด้วยการสร้างสารละลายที่เป็นเนื้อเดียวกันของ polyhedra zif-8, tetraethyl orthoclaration (TEOS), polyacrylonitril (master) และ polystyrene (PS) ZIF-8 มีส่วนร่วมในการจัดตั้ง Nanocation ที่ว่างเปล่า TEOS ส่ง Siox และ PS ทำหน้าที่เป็นตัวแทนเสียสละเพื่อแนะนำรูขุมขนท่อ
ส่วนผสมนี้กับเส้นใยไฟฟ้าในสภาวะควบคุม จากนั้นเส้นใยก็ผ่านไพโรไลซิสที่อุณหภูมิประมาณ 1,200 องศาเซลเซียสขั้นตอนนี้ถูกตะลึงด้วยกระทะตั้งรกรากอยู่ในโครงสร้างทั้งหมดและเปลี่ยน ZIF-8 ให้กลายเป็นคาร์บอนที่มีไนโตรเจนเจือด้วยไนโตรเจน ในเวลาเดียวกัน PS กระจายออกไปเพื่อสร้างช่องทางภายในในเส้นใย
เพื่อยืนยันโครงสร้างทีมใช้กล้องจุลทรรศน์การสแกนและการส่งผ่านกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (SEM, TEM), การวิเคราะห์พื้นผิวเดิมพันและ X -ray Diffraction (XRD) เทคนิคเหล่านี้ตรวจสอบการปรากฏตัวของรูพรุนแบบลำดับชั้นการกระจาย SIOX ที่สม่ำเสมอและกรอบที่ไม่บุบสลายของ nanovles
สำหรับการทดสอบทางเคมีไฟฟ้าโฮสต์คอมโพสิตได้รับการประเมินในการกำหนดค่าของเซลล์ครึ่งหนึ่งโดยใช้โลหะลิเธียมเป็นอิเล็กโทรดตรงข้าม ประสิทธิภาพถูกวัดในแง่ของประสิทธิภาพของเปลเสถียรภาพของวัฏจักรความเร็วของความเร็วและสเปกโทรสโกปีของอิมพีแดนซ์ไฟฟ้า (EIS) ทีมยังรวบรวมเซลล์เต็มรูปแบบโดยใช้แคโทดเชิงพาณิชย์เช่น NCM622 และ NCM811 เพื่อประเมินการใช้งานในโลกแห่งความเป็นจริง
ผลลัพธ์และการอภิปราย
ผลลัพธ์ที่ได้จาก PCNF-EMES-EMEDDDDDDDDDDDDDDD โดยโครงสร้างท่อด้วย nanocagaja ของการแทรกแบบกระจาย ภาพวาดของ SEM และสิ่งนี้แสดงให้เห็นถึงเส้นใยที่ยืดหยุ่นและยืดหยุ่นด้วยรูขุมขนที่ความยาวและ nanoskal การวิเคราะห์การเดิมพันเผยให้เห็นพื้นผิวที่เหมาะสมสูงโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่อุณหภูมิคาร์บอนที่เหมาะสมที่อุณหภูมิ 1200 ° C สนับสนุนการแทรกซึมของอิเล็กโทรไลต์ที่เพิ่มขึ้นและสถานที่ลิเธียมสไปรินจำนวนมาก
การทดสอบทางเคมีไฟฟ้าได้แสดงให้เห็นว่าโฮสต์ที่ซับซ้อนมีโฮสต์ลิเธียมทั่วไปอย่างมีนัยสำคัญ ผลลัพธ์ของ EIS แสดงให้เห็นว่าการแทรกแซงต่ำสะท้อนให้เห็นถึงการนำไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ที่แข็งแกร่งและการขนส่งลิเธียมไอออนที่มีประสิทธิภาพ ความพรุนภายในและการทับถมของ Siox มีบทบาทสำคัญในการสร้างความมั่นใจในการชุบลิเธียมแบบสม่ำเสมอช่วยกำจัดการสร้าง dendrite ได้อย่างมีประสิทธิภาพแม้จะอยู่ภายใต้วัฏจักรขยาย
ในเซลล์สมมาตรคอมโพสิตยังคงประสิทธิภาพการทำงานของลูกบอลสูงและความตึงเครียดที่เสถียรในหลายร้อยรอบซึ่งยืนยันการย้อนกลับที่ยอดเยี่ยม นอกจากนี้เขายังใช้หัวฉีดลิเธียมขนาดใหญ่ (สูงถึง 5 mAh/cm²) ด้วยการกระจายแม้กระทั่งในโครงสร้างทั้งหมดรวมถึงรูขุมขนภายในซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการป้องกัน dendrite
เมื่อรวมกับแคโทดเชิงพาณิชย์ในการกำหนดค่าเซลล์เต็มรูปแบบขั้วบวกมีจักรยานที่มีความเสถียรเฉพาะเจาะจงและมีประสิทธิภาพที่แข็งแกร่ง ผลลัพธ์เหล่านี้เน้นว่าโครงสร้างโครงสร้างสมดุลการนำไฟฟ้าความแข็งแรงเชิงกลและความสัมพันธ์แบบลิเธียมอย่างไร
ความพรุนแบบลำดับชั้นจะเพิ่มความคล่องตัวของไอออนและเสนอพื้นที่สำหรับการขยายตัวของลิเธียมในขณะที่ขี่จักรยานในขณะที่โดเมน Siox เพิ่ม lithophy และทำหน้าที่เป็นถังลิเธียมภายในซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในการลดการย่อยสลายโครงสร้างและรักษาประสิทธิภาพในระยะยาว
ดาวน์โหลดสำเนา PDF ทันที!
แอปพลิเคชัน
การศึกษาครั้งนี้แสดงให้เห็นว่าการบูรณาการของพี่เลี้ยงไนโตรเจนที่มีรูพรุนกับ Nannies ถ่านหินกับ Siox แบบฝังตัวเป็นกลยุทธ์ที่มีประสิทธิภาพสำหรับการรักษาขั้วบวกลิเธียม-โลหะ ด้วยการจัดการกับการเติบโตของ dendrite ปรับปรุงการขนส่งของไอออนและเปิดใช้งานการขี่จักรยานกำลังการผลิตขนาดใหญ่โฮสต์คอมโพสิตนี้เข้าใกล้แบตเตอรี่ลิเธียมโลหะเป็นขั้นตอนที่ใกล้ชิดกับการใช้งานเชิงพาณิชย์
การอ้างอิงของวารสาร
เขารับ และใน– (2025) Lithophilic อิสระโฮสต์ที่มีคาร์บอนนาโนนาโนนาโนนาโนนาโนนาโนนาโนนาโนนาโนนาโนนาโนนาโนนิโนเบอร์โดยไม่มี dendryt สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมที่ไม่มี dendrite เล็ก2504223. ดอย: 10.1002/smll.202504223