L'ànode de metall de liti compost d'alta seguretat és la propera generació de bateria d'emmagatzematge d'energia d'alta densitat d'energia?
El grup de recerca del professor Zhang Qiang del Departament d'Enginyeria Química de la Universitat de Tsinghua va publicar l'article "Coralloid Carbon Fiber-Based Composite Lithium Anode for Robust Lithium Metal Batteries" a la coneguda revista "Joule" en el camp energètic. S'han fet progressos importants en el camp dels ànodes metàl·lics compostos d'alta seguretat i d'alta capacitat. La investigació va ser seleccionada com l'article de portada d'aquest número de Joule, i es va publicar la imatge de portada.
El liti metàl·lic té una capacitat específica teòrica extremadament alta i el menor potencial d'elèctrode redox, de manera que s'ha convertit en el material d'ànode més ideal per a bateries d'emmagatzematge d'energia d'alta densitat d'energia de pròxima generació (bateries de liti d'estat sòlid d'última generació, bateries de liti-sofre, bateries de liti-aire, etc.). No obstant això, el problema de dendrita durant el procés de càrrega i descàrrega del liti metàl·lic i la inestabilitat de la pel·lícula d'interfície liti-electròlit redueixen seriosament l'eficiència del cicle de les bateries de metall de liti, escurcen la vida útil de la bateria i fins i tot aporten un cert grau de perills per a la seguretat. obstaculitzar el desenvolupament de bateries metàl·liques de liti.
La imatge de la portada utilitza una metàfora per expressar la idea de disseny d'"elèctrode negatiu de metall de liti compost". L'elèctrode negatiu de metall de liti compost basat en fibra de carboni litiòfil es compara amb un vaixell, que pot navegar de manera robusta en l'"oceà" del liti fos.
Recentment, els investigadors han proposat una sèrie d'ànodes metàl·lics de liti basats en marcs conductors de carboni o marcs metàl·lics. No obstant això, molts d'aquests marcs no estaven precontractats amb liti metàl·lic, sinó que es van provar en mitges cèl·lules com a col·lectors de corrent lliure de liti. Aquests captadors de corrent lliure de liti són difícils d'aplicar directament a les cèl·lules completes. Per tant, com pre-compost eficientment metall de liti en l'estructura actual del col·lector per formar un ànode de metall de liti compost d'alt rendiment que es pot muntar directament en una bateria completa s'ha convertit en el focus de la investigació.
En resposta a la demanda urgent d'elèctrodes compostos en bateries de metall de liti, l'equip d'investigació del professor Zhang Qiang de la Universitat de Tsinghua va proposar un elèctrode negatiu compost de metall de liti amb liti fos de fibra de carboni semblant a corall. La superfície de l'esquelet de fibra de carboni (CF) es modifica en una superfície litiòfila pel mètode de galvanització del recobriment de plata, de manera que el metall de liti fos líquid es pot absorbir ràpidament a l'esquelet de fibra de carboni (CF / Ag) amb recobriment de plata, per tal d'obtenir un alt rendiment L'ànode de metall de liti compost (CF / Ag-Li).
D'una banda, el recobriment de plata pot modificar qualsevol marc conductor en un marc conductor litiòfil que pugui sifonar liti fos líquid. Morfologia cíclica del "liti mort". Mitjançant l'observació experimental de la deposició in situ de liti metàl·lic, es troba que és difícil formar dendrites en aquesta estructura composta. L'ànode de metall de liti compost proposat es pot pedalar de manera robusta durant més de 160 cicles amb una polarització molt baixa en condicions extremadament dures de 10 mAcm-2 i 10 mAhcm-2. En comparació amb els ànodes metàl·lics de liti convencionals, l'ànode metàl·lic de liti compost pot suportar una densitat de corrent areal extrema i un ciclisme de capacitat areal, mostrant altes característiques de seguretat.
Ànode de metall de liti compost ple de liti ple de liti de corall
L'elèctrode negatiu de liti metàl·lic compost es munta directament amb l'elèctrode positiu de sofre i l'elèctrode positiu de fosfat de ferro de liti per formar una bateria de liti-sofre i una bateria de fosfat de ferro de liti amb un excel·lent rendiment. La seva bateria de fosfat de ferro de liti pot cicle de manera robusta durant més de 500 cicles a una velocitat d'1,0 °C, mentre que la bateria de liti-sofre té una capacitat de descàrrega inicial de 781 mAhg-1 a 0,5 °C, i manté un cicle d'alta capacitat durant més de 400 cicles. El mètode conductor d'injecció de liti banyat en plata d'aquest treball es pot aplicar universalment al disseny i preparació de qualsevol ànode de liti metàl·lic compost basat en l'esquelet conductor. Aspecte del cicle de liti, i després obtenir un excel·lent rendiment electroquímic en sistemes de bateries completes com bateries de liti-sofre, i millorar la seguretat dels sistemes d'emmagatzematge d'energia.
