Ânodo metálico composto de alta segurança é a próxima geração de bateria de armazenamento de energia de alta densidade energética?
O grupo de pesquisa do professor Zhang Qiang, do Departamento de Engenharia Química da Universidade de Tsinghua, publicou o artigo "Anodo de Lítio Composto baseado em fibra de carbono coral para baterias robustas de lítio" na conhecida revista "Joule" no campo da energia. Importantes progressos foram feitos no campo de ânodos metálicos de lítio compostos de alta segurança e alta capacidade. A pesquisa foi selecionada como o artigo de capa desta edição de Joule, e a imagem da capa foi publicada.
O lítio metálico tem capacidade teórica extremamente alta e o menor potencial de eletrodos de redox, por isso tornou-se o material de ânodo mais ideal para baterias de armazenamento de energia de alta densidade energética de última geração (baterias de lítio de estado sólido de última geração, baterias de lítio-enxofre, baterias de lítio-ar, etc.). No entanto, o problema do dendrite durante o processo de carregamento e descarga do lítio metálico e a instabilidade do filme de interface lítio-eletrólito reduzem seriamente a eficiência do ciclo das baterias de lítio metálico, reduzem a vida útil da bateria e até trazem um certo grau de riscos à segurança. dificultar o desenvolvimento de baterias de lítio metálico.
A imagem da capa usa uma metáfora para expressar a ideia de design de "eletrodo negativo de metal de lítio composto". O eletrodo negativo de lítio composto à base de fibra de carbono lífico é comparado a um navio, que pode navegar firmemente no "oceano" de lítio derretido.
Recentemente, pesquisadores propuseram uma série de ânodos metálicos de lítio baseados em estruturas de carbono condutoras ou estruturas metálicas. No entanto, muitas dessas estruturas não foram pré-complexas com lítio metálico, mas foram testadas em meias células como coletores atuais livres de lítio. Esses coletores atuais livres de lítio são difíceis de aplicar diretamente em células completas. Portanto, como pré-composto eficientemente o metal de lítio na estrutura atual do coletor para formar um ânodo de lítio composto de alto desempenho que pode ser montado diretamente em uma bateria completa tornou-se o foco da pesquisa.
Em resposta à demanda urgente por eletrodos compostos em baterias de lítio metálico, a equipe de pesquisa do professor Zhang Qiang da Universidade de Tsinghua propôs um eletrodo negativo de lítio composto com lítio derretido de fibra de carbono semelhante a coral. A superfície do esqueleto de fibra de carbono (CF) é modificada em uma superfície lífófila pelo método de revestimento de prata eletroplaca, de modo que o metal de lítio fundido líquido pode ser rapidamente absorvido no esqueleto de fibra de carbono (CF/Ag) com revestimento prateado, de modo a obter alto desempenho O ânodo metálico composto de lítio composto (CF/Ag-Li).
Por um lado, o revestimento prateado pode modificar qualquer estrutura condutora em uma estrutura condutora lithiofílica que pode sifão líquido derretido de lítio. Morfologia cíclica de "lítio morto". Através da observação experimental da deposição metálica de lítio in situ, encontra-se que é difícil formar dendritos nesta estrutura composta. O ânodo metálico composto de lítio proposto pode ser pedalado por mais de 160 ciclos com polarização muito baixa em condições extremamente duras de 10 mAcm-2 e 10 mAhcm-2. Comparado com os ânodos metálicos convencionais de lítio, o ânodo metálico composto de lítio pode suportar a densidade de corrente areal extrema e o ciclismo de capacidade areal, mostrando altas características de segurança.
A nota-de-lítio composta de lítio derretida de fibra de carbono de coral
O eletrodo negativo de lítio metálico composto é montado diretamente com o eletrodo positivo de enxofre e o eletrodo positivo do ferro de lítio para formar uma bateria de lítio-enxofre e uma bateria de fosfato de ferro de lítio com excelente desempenho. Sua bateria de fosfato de ferro de lítio pode pedalar por mais de 500 ciclos a uma taxa de 1,0C, enquanto a bateria de lítio-enxofre tem uma capacidade inicial de descarga de 781mAhg-1 a 0,5C, e mantém um ciclo de alta capacidade para mais de 400 ciclos. O método condutor de injeção de lítio banhado a prata deste trabalho pode ser universalmente aplicado ao projeto e preparação de qualquer ânodo de lítio metálico composto baseado no esqueleto condutor. A aparência do ciclo do lítio e, em seguida, obter um excelente desempenho eletroquímico em sistemas completos de baterias, como baterias de lítio-enxofre, e melhorar a segurança dos sistemas de armazenamento de energia.
