उच्च सुरक्षा समग्र लिथियम धातु एनोड उच्च ऊर्जा घनत्व ऊर्जा भंडारण बैटरी की अगली पीढ़ी है?
Tinghua University के रासायनिक इंजीनियरिंग विभाग के प्रोफेसर झांग कियांग के शोध समूह ने ऊर्जा क्षेत्र में प्रसिद्ध पत्रिका "जूल" में "Coralloid Carbon Fiber-Based Composite Lithium Anode for Robust Lithium Metal Batteries" पेपर प्रकाशित किया। उच्च सुरक्षा और उच्च क्षमता वाले समग्र लिथियम धातु एनोड्स के क्षेत्र में महत्वपूर्ण प्रगति हुई है। अनुसंधान को जूल के इस अंक के कवर लेख के रूप में चुना गया था, और कवर छवि प्रकाशित की गई थी।
धातु लिथियम में बेहद उच्च सैद्धांतिक विशिष्ट क्षमता और सबसे कम रेडॉक्स इलेक्ट्रोड क्षमता है, इसलिए यह अगली पीढ़ी के उच्च-ऊर्जा-घनत्व ऊर्जा भंडारण बैटरी (अगली पीढ़ी की ठोस-राज्य लिथियम बैटरी, लिथियम-सल्फर बैटरी, लिथियम-एयर बैटरी, आदि) के लिए सबसे आदर्श एनोड सामग्री बन गई है। हालांकि, धातु लिथियम के चार्जिंग और निर्वहन प्रक्रिया के दौरान डेंड्राइट समस्या और लिथियम-इलेक्ट्रोलाइट इंटरफ़ेस फिल्म की अस्थिरता गंभीरता से लिथियम धातु बैटरी की चक्र दक्षता को कम करती है, बैटरी के सेवा जीवन को कम करती है, और यहां तक कि सुरक्षा खतरों की एक निश्चित डिग्री भी लाती है। लिथियम धातु बैटरी के विकास में बाधा.
कवर चित्र "समग्र लिथियम धातु नकारात्मक इलेक्ट्रोड" के डिजाइन विचार को व्यक्त करने के लिए एक रूपक का उपयोग करता है। लिथिओफिलिक कार्बन फाइबर पर आधारित समग्र लिथियम धातु नकारात्मक इलेक्ट्रोड की तुलना एक जहाज से की जाती है, जो पिघले हुए लिथियम के "महासागर" में स्थिर रूप से पाल कर सकता है।
हाल ही में, शोधकर्ताओं ने प्रवाहकीय कार्बन ढांचे या धातु ढांचे के आधार पर कई धातु लिथियम एनोड्स का प्रस्ताव दिया है। हालांकि, इनमें से कई ढांचे को धातु लिथियम के साथ पूर्व-जटिल नहीं किया गया था, लेकिन लिथियम-मुक्त वर्तमान कलेक्टरों के रूप में आधे कोशिकाओं में परीक्षण किया गया था। इस तरह के लिथियम-मुक्त वर्तमान कलेक्टरों को सीधे पूर्ण कोशिकाओं पर लागू करना मुश्किल है। इसलिए, एक उच्च प्रदर्शन समग्र लिथियम धातु एनोड बनाने के लिए वर्तमान कलेक्टर संरचना में कुशलतापूर्वक पूर्व-यौगिक लिथियम धातु को कैसे बनाया जाए जिसे सीधे एक पूर्ण बैटरी में इकट्ठा किया जा सकता है, अनुसंधान का ध्यान केंद्रित हो गया है।
लिथियम धातु बैटरी में समग्र इलेक्ट्रोड की तत्काल मांग के जवाब में, सिंघुआ विश्वविद्यालय के प्रोफेसर झांग कियांग की शोध टीम ने कोरल जैसे कार्बन फाइबर पिघले हुए लिथियम के साथ एक समग्र लिथियम धातु नकारात्मक इलेक्ट्रोड का प्रस्ताव दिया। कार्बन फाइबर कंकाल (सीएफ) की सतह को इलेक्ट्रोप्लेटिंग सिल्वर कोटिंग की विधि द्वारा एक लिथियोफिलिक सतह में संशोधित किया जाता है, ताकि तरल पिघली हुई लिथियम धातु को चांदी कोटिंग के साथ कार्बन फाइबर कंकाल (सीएफ / एजी) में जल्दी से अवशोषित किया जा सके, ताकि उच्च प्रदर्शन प्राप्त किया जा सके समग्र लिथियम धातु एनोड (सीएफ / एजी-ली)।
एक तरफ, चांदी कोटिंग किसी भी प्रवाहकीय ढांचे को एक लिथिओफिलिक प्रवाहकीय ढांचे में संशोधित कर सकती है जो तरल पिघले हुए लिथियम को साइफन कर सकती है। "मृत लिथियम" की चक्रीय आकृति विज्ञान। इन-सीटू धातु लिथियम जमाव के प्रयोगात्मक अवलोकन के माध्यम से, यह पाया जाता है कि इस समग्र संरचना में डेंड्राइट्स बनाना मुश्किल है। प्रस्तावित समग्र लिथियम धातु एनोड को 10 mAcm-2 और 10 mAhcm-2 की बेहद कठोर परिस्थितियों में बहुत कम ध्रुवीकरण के साथ 160 से अधिक चक्रों के लिए स्थिर रूप से चक्रित किया जा सकता है। पारंपरिक लिथियम धातु एनोड्स की तुलना में, समग्र लिथियम धातु एनोड अत्यधिक वास्तविक वर्तमान घनत्व और वास्तविक क्षमता साइकिल चालन का सामना कर सकता है, जो उच्च सुरक्षा विशेषताओं को दिखाता है।
कोरल की तरह कार्बन फाइबर पिघला हुआ लिथियम से भरा समग्र लिथियम धातु एनोड
समग्र धातु लिथियम नकारात्मक इलेक्ट्रोड सीधे सल्फर सकारात्मक इलेक्ट्रोड और लिथियम आयरन फॉस्फेट सकारात्मक इलेक्ट्रोड के साथ इकट्ठा किया जाता है ताकि लिथियम-सल्फर बैटरी और उत्कृष्ट प्रदर्शन के साथ लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी बनाई जा सके। इसकी लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी 1.0C की दर से 500 से अधिक चक्रों के लिए स्थिर रूप से चक्र कर सकती है, जबकि लिथियम-सल्फर बैटरी में 0.5C पर 781mAhg-1 की प्रारंभिक निर्वहन क्षमता होती है, और 400 से अधिक चक्रों के लिए एक उच्च क्षमता चक्र बनाए रखती है। इस काम के प्रवाहकीय कंकाल चांदी-मढ़वाया लिथियम-इंजेक्शन विधि को प्रवाहकीय कंकाल के आधार पर किसी भी समग्र धातु लिथियम एनोड के डिजाइन और तैयारी के लिए सार्वभौमिक रूप से लागू किया जा सकता है। लिथियम "चक्र उपस्थिति, और फिर लिथियम-सल्फर बैटरी जैसे पूर्ण बैटरी सिस्टम में उत्कृष्ट इलेक्ट्रोकेमिकल प्रदर्शन प्राप्त करें, और ऊर्जा भंडारण प्रणालियों की सुरक्षा में सुधार करें।
