Ränisüsinik-komposiitmaterjali ettevalmistamine ioon aku anoodmaterjalide jaoks

Ränisüsinik-komposiitmaterjali ettevalmistamine ioonakute anoodmaterjalide jaoks

Liitium-ioonakusid (LIB) on nende stabiilsete eluomaduste ja kõrge efektiivsuse tõttu üha enam kasutatud suuremahulistes salvestusseadmetes nagu elektrisõidukid ja energiasalvestusseadmed (ESS) ning mobiilseadmed.

LIB energiatiheduse suurendamiseks saab kasutada järgmisi strateegiaid (Wh = kg): 1) elektroodiandmete muutmine 2) pinnakatte tehnoloogia täiustamine 3) anoodi ja katoodi andmete täitmise parandamine, 4) liitiumi neeldumise suurendamine katoodikiirus. Kuid meetodid 2-4 piirduvad üldjuhul siseruumi optimeerimise ja planeerimisega ning seetõttu viiakse aktiivselt läbi uute elektroodimaterjalide koostise uurimist.

Praegu on LIBS-is kasutatavate katoodide kõige tüüpilisem allikas grafiit. Grafeenikihi üheteljelise orientatsiooni tõttu on sellel väga pöörduv laadimis- ja tühjenemiskäitumine ning seetõttu on sellel pikk tsükli kestus.

Lisaks, kui grafiit on täielikult laetud, st kui kihtide vahel on liitiumioone, on elektroodi potentsiaal 0V vs Li = Li +. See näitab, et grafiidil võib olla sarnane potentsiaal kui puhtal Li metallil. Seetõttu saab suurema energia saada, ühendades aku grafiidikatoodiga ja oksiidipõhise anoodiga.

Kuid arvestades sel ajal suure mahutavusega akude nõudlust, on grafiidi madal teoreetiline maht (372mAh = g, 837mAh = cm3) peamiseks takistuseks grafiidi pideval kasutamisel anoodimaterjalina. Seetõttu on suure võimsusega ja suure jõudlusega liitium-sekundaarakude arendamiseks oluline välja töötada süsinikuvabad anoodimaterjalid.

Nende süsinikuvabade materjalide hulgast on Si kõige sobivam, kuna sellel on suur tühjendusvõime 4200mAh = g ja liitiumreaktsioonipotentsiaal on 0,4 V (vsLi = Li +). Si-il tekkis aga põhiprobleem, see tähendab, et laadimis- ja tühjenemisprotsessi käigus muutub maht tugevalt, põhjustades halva pöörduvuse ja tundliku mahtuvuse languse.

Mahu laienemise vähendamiseks on pakutud arvukalt lähenemisviise, näiteks metalliosakeste reageerimine liitiumile nano skaalal, liitiumiga reageerivate heterogeensete sulamite koostis ning aktiivsed = mitteaktiivsed metallikompleksid ja liitiumsulami = süsiniku koostis. 11-15)

Selles töötoas püüame käsitleda räni masspaisumise probleemi, koostades räni-tahma (Si-CB) liitandmed. CB struktuur moodustatakse primaarosakeste liitmise teel eri suundades, et moodustada juhusliku kasvu tõttu CB agregaadis moodustatud eri suundade ja tühikute võrk. 16–19)

Seetõttu kasutatakse mahu laienemise korral neid ruume räni sisaldava puhvrina