تعديل سطح مادة الأنود

2025-03-26

في الوقت الحالي، أظهرت بطاريات الأيونات الليثيوم نطاقاً واسعاً جداً من التطبيقات، ومادة الأنود هي واحدة من العوامل الرئيسية التي تحدد الأداء الكهروكيميائي لبطاريات الأيونات الليثيوم، مثل تخزين الطاقة وتحويلها. من خلال تعديل سطح مواد الأنود الكربونية، يمكن تحسين أداء بطاريات الأيونات الليثيوم بشكل فعال. مثل تحسين السعة النوعية، وكفاءة الكولومب الأول، وكفاءة الشحن والتفريغ، وأداء المعدل، والموثوقية الدورية، والسلامة، وإطالة عمر الخدمة. تشمل طرق وآليات تعديل السطح بشكل أساسي تغليف السطح، والمعالجة الكيميائية، وتطعيم العناصر:

(1) تغليف السطح: يتم إنشاء "فيلم واقي" لتغطية سطح الجرافيت لتشكيل "هيكل أساسي-قشرة"، مما يمكن أن يتجنب تقشير طبقات الجرافيت بسبب الحلول ويعزز الاستقرار الدوري لمواد الأقطاب. يمكن أن يقلل تغليف المعدن وأكسيده أيضاً من مقاومة نقل أيونات الليثيوم وهجرة الشحن، ويحسن الأداء الكهروكيميائي لمواد الجرافيت.

(2) المعالجة الكيميائية: تُدخل الأكسدة السطحية مجموعات وظيفية تحتوي على الأكسجين، وتزيد من الموقع النشط، وتُشكل طبقة SEI مستقرة عند نقطة التقاء مادة الأنود بالإلكتروليت، وتُحسّن استقرار دورة أنود الكربون. يُمكن للهالوجينات السطحية أن تُشكل طبقة تخميل ذات قوة جزيئية عالية على سطح المادة، مما يُحسّن استقرار البنية البلورية الدقيقة.

(3) تنشيط العناصر: يتم دمج عناصر معدنية أو غير معدنية في مواد الأنود الكربوني لتغيير بنية وترتيب الإلكترونات في بلورات الكربون الدقيقة، وذلك لتحسين السلوك الكهروكيميائي لإزالة أيونات الليثيوم وإدخالها في مواد الأنود.

يمكن تحسين الأداء الكهروكيميائي لمواد أنود الكربون بشكل كبير بعد تعديل السطح، إلا أن التشغيل الفعلي لكل طريقة تعديل وتنظيمها سيؤثران على النتيجة النهائية. على سبيل المثال، يؤثر سمك طبقة الطلاء، ودرجة المعالجة الكيميائية، وتجانس جرعة وتوزيع وتشتت المنشطات غير المتجانسة على الأداء النهائي للمادة. إذا لم يكن التحكم جيدًا، فلن يتحسن أداء بطارية أيون الليثيوم، بل سيتدهور الأداء الكهروكيميائي.