Inovacije v tehnologiji baterije so postale ključne za razvoj razvoja na številnih področjih. Silicij - Materiali ogljikove anode, vzhajajoča zvezda v litiju - ionski anodni materiali anode, se postopoma pojavljajo, ki ponujajo novo upanje za izboljšanje zmogljivosti baterije in razbijanje obstoječih ozkih grl energije. Njihov razvoj pritegne veliko pozornosti.
I. Pregled silicija - materiali ogljikove anode
(I) Opredelitev in sestava
Silicij - materiali ogljikove anode so novi anodni materiali, ki nastanejo s kombiniranjem silicija (SI) in ogljikovih materialov na določen način. Silicij s svojo izjemno visoko teoretično specifično zmogljivostjo (približno 4200 mAh/g) daleč presega proizvodnjo tradicionalnih materialov za grafitno anodo (teoretična specifična zmogljivost približno 372 mAh/g), zaradi česar je idealna izbira za povečanje gostote energije baterije. Vendar pa silicij med polnjenjem in odvajanjem doživlja več kot 300%, kar je pomanjkljivost, ki močno omejuje njegovo praktično uporabo v baterijah. Ogljikovi materiali imajo na drugi strani odlično prevodnost, stabilnost in določeno stopnjo prožnosti. Če jih združi s silicijem, učinkovito blaži spremembe volumna Silicona in izboljša stabilnost strukture elektrode. Oba materiala se medsebojno dopolnjujeta in skupaj tvorita osrednji sistem silicija - ogljikovih anodnih materialov.
(Ii) razvojno ozadje
S hitrim napredkom tehnologije različne elektronske naprave in nova energetska vozila postavljajo vse večje zahteve glede zmogljivosti baterije, kot sta gostota energije in doseg. Po letih razvoja je delovanje tradicionalnih materialov za anodo grafit doseglo svoje teoretične meje, zaradi česar je težko zadostiti povpraševanju na trgu po nadaljnjih izboljšavah učinkovitosti baterije. Znanstveniki so v ozadju usmerili pozornost na gradivo na osnovi silicija - in z neprekinjenim raziskovanjem razvili silicij - gradivo ogljikove anode, v upanju, da bodo v novo fazo razvoja razbili mrtve delovanja učinkovitosti baterije.
Ii. Tehnične prednosti silicija - materiali ogljikove anode
(I) Visoka gostota energije
Kot že omenjeno, visoka specifična zmogljivost silicija omogoča silikonskim - materiali ogljikove anode za shranjevanje več litijevih ionov v baterijah, kar bistveno izboljša gostoto energije baterije. V primerjavi s tradicionalnimi anodnimi anodnimi baterijami baterije, opremljene s silicijem - materiali ogljikove anode, lahko dosežejo naročila z večjo gostoto energije, kar zagotavlja daljšo - trajno življenjsko dobo baterije za elektronske naprave in daljši obseg vožnje za električna vozila. To učinkovito ublaži pomisleke zaradi nezadostne energije baterije v elektronskih napravah in "tesnobe" električnih vozil.
(2) Izboljšana nizka - temperaturna zmogljivost
Raziskave so pokazale, da silicij - materiali ogljikove anode kažejo boljšo kolesarsko stabilnost kot grafitni anodni materiali pri nizkih temperaturah. V hladnih zimah, mobilnih telefonih in električnih vozilih, ki uporabljajo silicijeve materiale - ogljikove anode, lahko učinkovito ublažimo problem hitrega odtoka baterije, kar zagotavlja, da lahko naprave še naprej normalno delujejo v nizki - temperaturnemu okolju, kar bistveno izboljšajo uporabniško izkušnjo.
(3) olajša hitro polnjenje
Med postopkom polnjenja se litijevi ioni prednostno vgradijo v silicij in nato v grafitne vmesne plasti. Ta značilnost silicija - materiali ogljikove anode poveča povprečni potencial anode in zmanjša verjetnost litijevega obloge, kar olajša hitro polnjenje in izpolnjevanje potreb uporabnikov po hitrem dopolnjevanju baterije.
Postopek priprave na materiale ogljikove anode
(I) Mehansko rezkanje kroglic
Mehansko rezkanje kroglic je razmeroma tradicionalna metoda priprave. Vključuje namestitev surovin, kot sta silicijev prah in ogljikov prah v kroglični mlin. Visoka - vrtenje hitrosti brusilnih kroglic povzroči, da se surovinski delci trčijo, mešajo in rafinirajo, s čimer dosežemo sestavo silicija in ogljika. Ta metoda je sorazmerno preprosta in nizka - stroški, vendar trpi zaradi vprašanj, kot sta slabo mešano enakomernost in težave pri natančnem nadzoru velikosti delcev, kar ima za posledico omejeno stabilnost zmogljivosti nastalega silicijevega materiala - ogljikovo anodo.
(Ii) Kemična odlaganje hlapov (CVD)
V zadnjih letih se je postopoma pojavljala nova generacija procesov priprave, ki jih predstavlja KVB. Pri KVB se silonski plin pirolizira pri visokih temperaturah, kar ima za posledico padavine in enakomerne disperzije silicijevih nanodelcev znotraj pore poroznega ogljika. Ta porozni ogljikov okvir ne le bistveno ublaži širitev silicija med nabojem in odvajanjem, ampak tudi zagotavlja poti za hiter transport litijevih ionov, kar učinkovito izboljšuje hitri material - polnjenje.
Silicij - ogljikove negativne elektrode, pripravljeni po metodi CVD, imajo prednosti nizke hitrosti razširitve, odlične zmogljivosti cikla in večje gostote energije in veljajo za glavno pripravo za pripravo za naslednjo generacijo silikonskih materialov - ogljikovo negativno elektrodo.