Новости

Jun 29, 2023

Исследователи KERI разрабатывают высокие

Исследовательская группа Корейского научно-исследовательского института электротехнологии (KERI) разработала литий-металлическую батарею большой емкости с улучшенными характеристиками и стабильностью, используя одномерную литий-кондиционируемую батарею.

Исследовательская группа Корейского научно-исследовательского института электротехнологии (KERI) разработала литий-металлическую батарею большой емкости с улучшенными характеристиками и стабильностью с использованием одномерной пористой полой углеродной основы, содержащей литий. Статья опубликована на обложке в ACS Nano.

В то время как современные литий-ионные аккумуляторы генерируют энергию, поглощая ионы лития в графитовый анод и выводя его из него на основе механизма интеркаляции, литий-металлический аккумулятор не использует этот громоздкий и тяжелый графит, а использует сам металлический литий в качестве анода. Поскольку литий-металл демонстрирует теоретическую емкость в 10 раз большую (3860 мАч/г), чем графит (372 мАч/г), он постоянно привлекает большое внимание в областях, где необходимы батареи большой емкости, таких как электромобили и системы хранения энергии.

Однако литий может образовывать дендриты, если он не сохраняется равномерно и эффективно во время циклического процесса, что приводит к значительному расширению объема электрода, что, в свою очередь, может сократить срок службы батареи и вызвать проблемы с безопасностью, такие как пожар и взрыв, вызванные внутренними короткими замыканиями. .

Многие исследователи изучали в качестве решения варианты «ядро-оболочка», ограничивающие литий, поскольку эти структуры могут смягчать рост дендритов лития и изменение объема за счет снижения эффективной плотности тока и сохранения лития внутри пространства ядра во время последовательных циклических циклов.

Однако эти хосты страдают от нежелательного роста лития на их поверхности (т. е. на верхнем покрытии) из-за того, что углеродная оболочка препятствует движению литий-ионов, особенно при более высоких плотностях тока и мощностях, что приводит к плохим электрохимическим характеристикам.

Чтобы решить эту проблему, команда KERI разработала 1D пористую углеродную структуру, ограничивающую литий, с полым ядром и добавила в полое ядро ​​небольшое количество наночастиц золота со сродством к Li (литиофильные). Наночастицы золота контролируют направление роста Li, преимущественно реагируя с Li, тем самым вызывая отложение Li внутри ядра. Кроме того, в части оболочки образуется множество наноразмерных пор, улучшающих движение ионов лития в ядро.

Канг и др.

Благодаря хорошо взаимосвязанным проводящим сетям, образующим трехмерную структуру, пористой конструкции корпуса, позволяющей легко транспортировать литий-ионы, и полому пространству сердцевины с литиофильным золотом, хранящим металлический литий, [электронная почта защищена] может подавлять верхнее покрытие лития и улучшать литий-ионный слой. эффективность зачистки/покрытия по сравнению с их аналогами даже при токе 5 мА см–2, что в конечном итоге обеспечивает стабильные циклические характеристики полноэлементной ячейки LiFePO4 и симметричной ячейки [защищенной по электронной почте] в течение более 1000 и 2000 циклов соответственно.

Анализ методом конечных элементов показывает, что структурные достоинства и литиофильность Au обеспечивают быструю обратимую работу Li в заданном основном пространстве [электронная почта защищена], подразумевая, что структурный дизайн Li-конфинируемого хозяина имеет решающее значение для стабильной работы многообещающего Li- металлические батареи на уровне практических испытаний.

Команда доктора Бьюнг Гон Кима из KERI сотрудничала с профессором Чангхюком Муном из Университета Чунг-Анг для теоретического подтверждения эффективности конструкции этого материала. Результаты моделирования показали, что уменьшенная длина диффузии ионов Li через поры оболочки и улучшенное сродство к Li за счет наночастиц золота удерживают осаждение Li внутри структуры даже в условиях сильноточной зарядки.

Более того, разработанный Li-хост продемонстрировал отличные циклические характеристики (более 500 циклов) при высокой плотности тока (скорость 4C) (сохранение емкости 82,5%). Также примечательно, что эта технология соответствует практичности, поскольку команда использовала метод электропрядения, имеющий преимущества в массовом производстве для синтеза материалов.

Команда планирует продолжить коммерциализацию литий-металлических батарей, например, путем разработки функциональных электролитов, обеспечивающих стабильное осаждение и растворение металлического лития.

KERI — это финансируемый государством научно-исследовательский институт, специализирующийся на электричестве, под эгидой Национального исследовательского совета по науке и технологиям (NST) Министерства науки и ИКТ.