Li-metalbatteri med høj kapacitet med forbedret hastighedsydelse og stabilitet

En undersøgelse af Li-metal-batterier udført af forskerholdet ledet af Dr. Byung Gon Kim ved Next-Generation Battery Research Center of Korea Electrotechnology Research Institute (KERI) blev offentliggjort som en forsideartikel i det internationale tidsskrift ACS Nano i> .

Mens de nuværende Li-ion-batterier genererer energi ved at tage Li-ioner ind og ud af grafit-anoden baseret på interkalationsmekanismen, er Li-metal-batteriet ikke afhængig af denne omfangsrige og tunge grafit, men bruger metallisk Li selv som anode. Da Li-metallet viser 10 gange højere teoretisk kapacitet (3.860 mAh/g) end grafit (372 mAh/g), har det støt fået meget opmærksomhed fra områder, der har brug for batterier med høj kapacitet, såsom elektriske køretøjer og energilagringssystemer.

På trods af denne fordel kan Li vokse i form af en trægren, kaldet en Li-dendrit, hvis den ikke opbevares ensartet og effektivt under cyklingsprocessen, hvilket fører til stor volumenudvidelse af elektroden, hvilket igen kan forkorte batteriets cykluslevetid og forårsage sikkerhedsproblemer såsom brand og eksplosion udløst af interne kortslutninger.

For at løse dette problem udviklede KERI 1D Li-begrænset porøs kulstofstruktur med en hul kerne, og et lille antal guldnanopartikler med Li-affinitet blev tilføjet til den hule kerne. Her styrer guldet vækstretningen af ​​Li ved fortrinsvis at reagere med Li og derved inducere Li-aflejring inde i kernen. Derudover er der dannet mange porer i nanostørrelse i skaldelen for at forbedre Li-ion-bevægelsen mod kernerummet.

En stor udfordring observeret i den eksisterende hule kerne-skal Li-vært var Li-aflejringen på den ledende kulstofskal, ikke inde i kernen, under højhastigheds-opladningsforhold. Derfor introducerede KERI-teamet mange porer i nanostørrelse til skallen og opnåede væsentligt forbedret coulombisk effektivitet uden Li-dendritvækst selv under en højstrømstesttilstand på 5 mA/cm ² .

Dr. Kims team samarbejdede med prof. Janghyuk Moon ved Chung-Ang University for teoretisk validering af effektiviteten af ​​dette materiales design, og simuleringsresultaterne viste, at den reducerede Li-ion-diffusionslængde af skalporerne og forbedrede Li-affinitet af guldnanopartiklerne holdes Li-aflejring inde i strukturen, selv under højstrømsopladning. Desuden udviste den designede Li-vært fremragende cykelydelse på over 500 cyklusser under en høj strømtæthed på 4C-hastighed (82,5 % kapacitetsopbevaring). Det er også bemærkelsesværdigt, at denne teknologi er praktisk, fordi holdet brugte elektrospinningsteknikken med fordele i masseproduktion til materialesyntese.

"På trods af fordelene ved høj kapacitet har Li-metal batterierne mange forhindringer, der skal overvindes for kommercialisering, primært på grund af stabilitet og sikkerhedsproblemer," sagde Dr. Kim. Og Dr. Kim sagde også:"Vores undersøgelse er uvurderlig, idet vi udviklede en teknik til masseproduktion af Li-metal reservoir med høj coulombisk effektivitet til hurtigt genopladelige Li-metal batterier."

Denne undersøgelse af KERI-forskerholdet blev offentliggjort som et supplerende forsidepapir i august-udgaven af ​​ACS Nano . + Udforsk yderligere

Forøger batteriets ydeevne med sorte briller podet på mikron silicium