Energijos perėjimo bangos bangoje akumuliatorių technologijos naujovės tapo labai svarbios skatinant plėtrą daugelyje sričių. Silicon - anglies anodo medžiagos, kylanti žvaigždė ličio - jonų akumuliatoriaus anodo medžiagose, palaipsniui atsiranda, siūlančios naują viltį pagerinti akumuliatoriaus našumą ir suskaidyti esamų energijos tankio kliūčių. Jų vystymasis pritraukia didelį dėmesį.
I. Silicio - anglies anodo medžiagų apžvalga
I) apibrėžimas ir sudėtis
Silicon - anglies anodo medžiagos yra naujos anodos medžiagos, susidariusios tam tikru būdu derinant silicio (SI) ir anglies medžiagas. Silicis, turintis ypač aukštą teorinę specifinę pajėgumą (maždaug 4200 mAh/g), žymiai viršija tradicinių grafito anodo medžiagų (maždaug 372 mAh/g teorinė savitoji galia), todėl tai yra idealus pasirinkimas didinant akumuliatoriaus energijos tankį. Tačiau silicio tūrio padidėjimas didesnis nei 300% įkrovos ir iškrovos metu - trūkumas, kuris smarkiai riboja jo praktinį pritaikymą baterijose. Kita vertus, anglies medžiagos turi puikų laidumą, stabilumą ir tam tikrą lankstumo laipsnį. Derinant juos su siliciu, efektyviai sušvelnina silicio tūrio pokyčius ir pagerina elektrodo struktūros stabilumą. Abi medžiagos papildo viena kitą ir kartu sudaro pagrindinę silicio sistemą - anglies anodo medžiagos.
(Ii) plėtros fonas
Sparčiai tobulėjant technologijoms, įvairūs elektroniniai prietaisai ir naujos energetinės transporto priemonės kelia vis didesnius akumuliatorių veikimo poreikius, tokius kaip energijos tankis ir diapazonas. Po daugelio metų tradicinių grafito anodo medžiagų veikimo pasiekė teorinės ribos, todėl sunku patenkinti rinkos poreikį toliau patobulinti akumuliatorių našumą. Atsižvelgiant į tai, mokslininkai atkreipė dėmesį į Silicio - pagrįstas medžiagas ir, nuolat tyrinėdami, sukūrė silicį - anglies anodo medžiagas, tikėdamiesi sulaužyti akumuliatoriaus veikimo gerinimo aklavietę ir skatinti susijusią pramonę į naują vystymosi etapą.
Ii. Silicio - anglies anodo medžiagų techniniai pranašumai
I) didelis energijos tankis
Kaip minėta aukščiau, didelė savitoji silicio talpa suteikia silicio - anglies anodo medžiagoms, kad būtų galima laikyti daugiau ličio jonų baterijose, žymiai pagerinant akumuliatoriaus energijos tankį. Palyginti su tradiciniais grafito anodo baterijomis, baterijos su siliciu - anglies anodo medžiagos gali pasiekti didesnio energijos tankio dydį, užtikrinant ilgesnį -, trunkantį elektroninių prietaisų akumuliatorių veikimo laiką ir ilgesnį elektrinių transporto priemonių važiavimo diapazoną. Tai iš tikrųjų palengvina nerimą dėl nepakankamos akumuliatoriaus energijos elektroniniuose prietaisuose ir elektrinių transporto priemonių „diapazono nerimą“.
(2) patobulintas žemas - temperatūros našumas
Tyrimai parodė, kad silicio - anglies anodo medžiagos pasižymi geresniu dviračių stabilumu nei grafito anodo medžiagos žemoje temperatūroje. Šaltomis žiemomis mobiliaisiais telefonais ir elektrinėmis transporto priemonėmis, naudojant silicį - anglies anodo medžiagos, gali veiksmingai sušvelninti greito akumuliatoriaus nutekėjimo problemą, užtikrinant, kad įrenginiai galėtų ir toliau veikti žemoje - temperatūros aplinkoje, žymiai pagerindami vartotojo patirtį.
(3) palengvina greitą įkrovimą
Įkrovimo proceso metu ličio jonai pirmiausia įterpti į silicį ir po to į grafito tarpsluoksnius. Ši silicio - anglies anodo medžiagų savybė padidina vidutinį anodo potencialą ir sumažina ličio diagnozavimo tikimybę, palengvindama greitą įkrovimą ir patenkindama vartotojo poreikius greitam akumuliatoriaus papildymui.
Anglies anodo medžiagų paruošimo procesas
I) mechaninis rutulio frezavimas
Mechaninis rutulio frezavimas yra palyginti tradicinis paruošimo būdas. Tai reiškia, kad žaliavų, tokių kaip silicio milteliai ir anglies milteliai, įdėjimas į rutulinį malūną. Dėl didelio - greičio sukimosi šlifavimo rutuliukų žaliavos dalelės susiduria, sumaišyti ir patobulinti, taip pasiekiant silicio ir anglies kompoziciją. Šis metodas yra gana paprastas ir žemas - išlaidos, tačiau jis kenčia nuo tokių problemų, kaip prastas maišymo vienodumas ir sunkumai tiksliai kontroliuojant dalelių dydį, todėl susidariusios silicio - anglies anodo medžiagos stabilumas yra ribotas.
(Ii) Cheminio garų nusėdimas (CVD)
Pastaraisiais metais pamažu atsirado naujos kartos paruošimo procesai, kuriuos atstovauja CVD. CVD silano dujos yra pirolizuojamos aukštoje temperatūroje, todėl silicio nanodalelių krituliai ir vienodi dispersija yra porėtos anglies porose. Šis akyto anglies karkasas ne tik žymiai sušvelnina silicio išsiplėtimą įkrovos ir išleidimo metu, bet ir suteikia greito ličio jonų transportavimo būdų, veiksmingai pagerinant greitą medžiagos - įkrovimo našumą.
Silicon - anglies neigiamos elektrodų medžiagos, paruoštos CVD metodu, turi mažo išsiplėtimo greičio, puikaus ciklo veikimo ir didesnio energijos tankio pranašumus ir yra laikomos pagrindiniu paruošimo būdu naujos kartos silicio - anglies neigiamos elektrodų medžiagoms.