लिथियम बैटरी एनोड सामग्री और भविष्य
लिथियम-आयन बैटरी एक रिचार्जेबल सेकेंडरी बैटरी है, जो मुख्य रूप से पांच मुख्य भागों से बनी होती है: पॉजिटिव इलेक्ट्रोड, नेगेटिव इलेक्ट्रोड, इलेक्ट्रोलाइट, सेपरेटर और करंट कलेक्टर।
सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री का मुख्य कार्य लिथियम आयनों को अधिक स्वतंत्र रूप से निकाला / सम्मिलित करना है, ताकि चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के कार्य का एहसास हो सके।
चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान, लिथियम आयनों को सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री से निकाला जाता है और इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से संबंधित नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री में डाला जाता है। उसी समय, इलेक्ट्रॉन सकारात्मक इलेक्ट्रोड से बाहरी सर्किट के माध्यम से बहते हैं और नकारात्मक इलेक्ट्रोड में प्रवाहित होते हैं;
जब लिथियम बैटरी को डिस्चार्ज किया जाता है, तो लिथियम आयनों को नकारात्मक इलेक्ट्रोड से निकाला जाता है और इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री में फिर से एम्बेड किया जाता है। उसी समय, इलेक्ट्रॉन बाहरी सर्किट के माध्यम से नकारात्मक इलेक्ट्रोड से सकारात्मक इलेक्ट्रोड में प्रवाहित होते हैं।
लिथियम बैटरी की एनोड सामग्री क्या है?
नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री बैटरी चार्जिंग प्रक्रिया में लिथियम आयनों और इलेक्ट्रॉनों का वाहक है, और ऊर्जा भंडारण और रिलीज की भूमिका निभाती है। यह उन प्रमुख कारकों में से एक है जो लिथियम-आयन बैटरी के प्रदर्शन को निर्धारित करता है और पावर बैटरी सुरक्षा की जीवनदायिनी रखता है।
आदर्श नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री में कम से कम निम्नलिखित 7 स्थितियां होनी चाहिए
1. रासायनिक क्षमता कम है, जिससे सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री के साथ एक बड़ा संभावित अंतर बनता है, जिससे उच्च शक्ति वाली बैटरी प्राप्त होती है;
2. इसमें उच्च विशिष्ट चक्र क्षमता होनी चाहिए;
3. Li+ को नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री में आसानी से डाला और निकाला जाना चाहिए, और इसमें उच्च कूलम्बिक दक्षता होती है, ताकि Li+ निष्कर्षण प्रक्रिया के दौरान अपेक्षाकृत स्थिर चार्ज और डिस्चार्ज वोल्टेज हो सके;
4. अच्छी इलेक्ट्रॉनिक चालकता और आयन चालकता;
5. इसमें इलेक्ट्रोलाइट्स के साथ अच्छी स्थिरता और कुछ हद तक संगतता है;
7. सामग्री का स्रोत संसाधनों में समृद्ध, कीमत में कम, निर्माण प्रक्रिया में सरल होना चाहिए; सुरक्षित, हरा और प्रदूषण मुक्त।
उपरोक्त शर्तों को पूरा करने वाली एनोड सामग्री मूल रूप से वर्तमान में मौजूद नहीं है, इसलिए उच्च ऊर्जा घनत्व, अच्छा सुरक्षा प्रदर्शन, कम कीमत और आसानी से उपलब्ध सामग्री के साथ नई एनोड सामग्री पर शोध एक जरूरी काम बन गया है, जो कि एक गर्म विषय भी है। इस स्तर पर लिथियम बैटरी अनुसंधान का क्षेत्र।
लिथियम बैटरी के लिए एनोड सामग्री की खोज और भविष्य
ग्रैफेन/ज़िरकोनियम हाइड्रोजन फॉस्फेट (जेडआरपी) मिश्रित सामग्री लिथियम बैटरी की नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री के रूप में उपयोग की जाती है, जो बैटरी सामग्री की चालकता को दूर कर सकती है।
खराब विद्युत गुणों और गंभीर मात्रा विस्तार प्रभावों की समस्याओं में मजबूत चक्र स्थिरता और मजबूत विद्युत चालकता की विशेषताएं हैं।
1. ग्राफीन / ZrP कंपोजिट का लिथियम भंडारण तंत्र
1. ग्राफीन सामग्री का लिथियम भंडारण व्यवहार
ग्राफीन में बेहतर इलेक्ट्रॉन और आयन संचरण चैनल होते हैं, जो चार्ज और डिस्चार्ज दर को तेज करने के लिए फायदेमंद होते हैं। जब ग्राफीन का उपयोग नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री के रूप में किया जाता है, तो रासायनिक प्रतिक्रिया सूत्र इस प्रकार है:
हालांकि ग्राफीन की उच्च ली+ प्रसार दर होती है और पहली चार्ज और डिस्चार्ज प्रक्रिया के दौरान उच्च क्षमता होती है, जब लिथियम बैटरी के लिए एक नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री के रूप में उपयोग किया जाता है, ग्राफीन की क्षमता कई पूर्ण चार्ज और डिस्चार्ज चक्रों के बाद तेजी से क्षय हो जाएगी। और अकेले इस्तेमाल नहीं किया जा सकता है। लिथियम बैटरी एनोड सामग्री, इसका कारण यह है कि ग्राफीन सामग्री पहले चार्ज और डिस्चार्ज के दौरान लिथियम बैटरी इलेक्ट्रोलाइट के साथ प्रतिक्रिया करेगी, और इलेक्ट्रोलाइट के साथ संपर्क सतह विद्युत चक्र के दौरान बड़ी हो जाएगी, जिससे परतों का संचय होगा, जिसके परिणामस्वरूप अपरिवर्तनीयता और अस्थिरता में। एसईआई फिल्म का निष्क्रिय होना, जबकि तैयार ग्राफीन को लैमेलर संरचना के कारण ढेर करना और जमा करना आसान होता है, जिससे इसकी कूलम्बिक दक्षता कम हो जाती है।
2. ग्राफीन / ZrP मिश्रित सामग्री का सहक्रियात्मक प्रभाव
जिरकोनियम हाइड्रोजन फॉस्फेट और ग्राफीन का सम्मिश्रण न केवल बैटरी की चालकता में सुधार कर सकता है और इसके आयतन विस्तार प्रभाव में सुधार कर सकता है, बल्कि इसमें अच्छी लिथियम भंडारण क्षमता भी है और समग्र सामग्री की विशिष्ट क्षमता को बढ़ा सकता है। अन्य कार्बन सामग्री की तुलना में, ग्राफीन में बड़े विशिष्ट सतह क्षेत्र, उच्च यांत्रिक शक्ति और अच्छी विद्युत चालकता के फायदे हैं। SnO 2, FeSb 2 और अन्य सामग्रियों पर शोध से पता चला है कि ग्राफीन की शुरूआत प्रभावी रूप से इसके विद्युत रासायनिक प्रदर्शन में सुधार कर सकती है।
2. ग्रैफेन / जेडआरपी समग्र का कार्य सिद्धांत:
ग्रेफीन/ज़िरकोनियम हाइड्रोजन फॉस्फेट मिश्रित सामग्री सॉल्वोथर्मल विधि द्वारा तैयार की जाती है, जो ज़िरकोनियम हाइड्रोजन फॉस्फेट और ग्रैफेन मिश्रित सामग्री प्राप्त करने के लिए उत्पन्न ग्रैफेन को ज़िरकोनियम हाइड्रोजन फॉस्फेट की सतह का पालन कर सकती है। कैल्सीनेशन के बाद, ग्रैफेन ज़िरकोनियम हाइड्रोजन फॉस्फेट में हो सकता है क्रिस्टल जाली में ऑक्सीजन रिक्तियां बनती हैं, जिससे वाहक और जाली दोषों की संख्या में वृद्धि होती है, और चालकता में सुधार होता है। ग्रैफेन की उपस्थिति ज़िरकोनियम हाइड्रोजन फॉस्फेट नैनोकणों के बीच एक प्रवाहकीय नेटवर्क के गठन को सक्षम बनाता है, जो सामग्री की समग्र चालकता में सुधार करने के लिए फायदेमंद है। इसी समय, ग्रैफेन का उपयोग ज़िरकोनियम हाइड्रोजन फॉस्फेट की सतह को कोट करने के लिए एक लचीली फिल्म के रूप में किया जाता है, जो चार्जिंग और डिस्चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान वॉल्यूम विस्तार प्रभाव को बफर कर सकता है।
तीसरा, ग्राफीन / ZrP मिश्रित सामग्री की संभावित संभावनाएं
1. तैयारी विधि में सरल और आसान संचालन, मजबूत प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता, कम लागत और पर्यावरण के लिए कोई प्रदूषण नहीं है;
2. इस विधि द्वारा तैयार जिरकोनियम हाइड्रोजन फॉस्फेट और ग्रैफेन की मिश्रित सामग्री लिथियम बैटरी की नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री के रूप में प्रयोग की जाती है, जो खराब बैटरी चालकता और गंभीर मात्रा विस्तार प्रभाव की समस्याओं को दूर कर सकती है, और इसमें मजबूत चक्र स्थिरता की विशेषताएं हैं और मजबूत चालकता;
3. क्योंकि ग्रैफेन में उच्च चालकता और बड़े विशिष्ट सतह क्षेत्र होते हैं, यह बैटरी मिश्रित सामग्री की चालकता में प्रभावी ढंग से सुधार कर सकता है, और साथ ही, ग्रैफेन की कोटिंग बैटरी मिश्रित सामग्री के वॉल्यूम विस्तार प्रभाव को प्रभावी ढंग से सुधार सकती है और विद्युत रासायनिक प्रदर्शन में सुधार कर सकती है बैटरी मिश्रित सामग्री की।
