Nyenzo za anode za grafiti za kuchaji haraka

2025-03-26

Kama nyenzo ya elektrode hasi iliyowekwa kibiashara kwa ajili ya betri za lithiamu-ioni, grafiti ina faida za uwezo mkubwa, muundo thabiti, na uongozi mzuri wa umeme. Muhimu zaidi, ina vyanzo vingi na gharama ya chini. Bado ni nyenzo kuu ya anodi kwa sasa, na ni vigumu kubadilishwa kabisa katika muda mfupi. Kadri betri za lithiamu-ioni zinavyotumiwa sana katika magari ya umeme, uwezo wa kuchaji haraka ume kuwa kipimo muhimu zaidi cha utendaji wa grafiti. Kutokana na kinetics za polepole za kuingizwa lithiamu na uwezo wa oksidi wa chini sana, uwezo, uthabiti na usalama wa grafiti chini ya kuchaji na kut discharged kwa kiwango cha juu hauwezi kukidhi mahitaji ya betri za nguvu. Hivyo basi, kuboresha grafiti ili kuongeza utendaji wake wa kuchaji haraka kumekuwa kigezo cha utafiti wa wasomi katika miaka ya hivi karibuni.

Kuhusu matatizo ya grafiti katika kuchaji haraka, suluhisho za sasa ni kama ifuatavyo.

(1) Kujenga filamu ya SEI ya bandia yenye uwezo wa kudumu. Kwa kujenga filamu ya SEI ya bandia ya kikaboni/kisivyo kikaboni iliyo na muundo thabiti, uwezo wa oksidi wa juu na uongofu mzuri wa ioni kwenye uso wa grafiti, inaweza si tu kupunguza anisotropy ya usafiri wa ioni za lithiamu katika grafiti, bali pia kuboresha viwango vya uhamaji wa ioni za lithiamu. Polarization ndogo ili kuepuka kuanguka kwa metali za lithiamu kwenye uso wa grafiti wakati wa kuchaji na kut discharged kwa kiwango cha juu. Aidha, filamu ya SEI ya bandia inaweza pia kutumika kama "kifaa cha kuchuja" kwa ioni za lithiamu na molekuli za kutengeneza, kuepuka uharibifu wa muundo wa grafiti unaosababishwa na kuingizwa pamoja kwa molekuli za kutengeneza.

(2) Muktadha na kubuni ya muundo. Kwa kubadilisha muktadha na muundo wa grafiti (kama vile kubuni muundo wa mashimo), idadi ya maeneo ya kazi ya kubadilisha grafiti inaweza kuongezeka, na uhamaji wa ioni za lithiamu katika grafiti unaweza kuboreshwa.

(3) Uboreshaji wa elektrolaiti. Kwa kuboresha matumizi ya vimumunyisho, kudhibiti aina na mkusanyiko wa chumvi za lithiamu, na kuongeza viongeza vya kikaboni / visivyo vya kikaboni, muundo wa suluhisho wa ioni za lithiamu katika elektrolaiti unaweza kuboreshwa kwa ufanisi, kikwazo cha kutengwa kwa ioni za lithiamu kinaweza kupunguzwa, na filamu thabiti ya SEI inaweza kujengwa. Pia kuongeza athari ya ushirikiano wa molekuli za vimumunyisho juu ya utulivu wa grafiti.

(4) Boresha mkakati wa kuchaji. Kwa kuboresha itifaki ya kuchaji, kudhibiti sasa la kuchaji, voltage na muda wa kupumzika, kikomo cha kasi ya kuchaji kinaweza kufikiwa bila kuundwa kwa dendriti za lithiamu, na usawa kati ya maisha ya mzunguko na kasi ya kuchaji unaweza kufikiwa. Mbinu hizi zinaweza kuboresha kwa ufanisi uwezo na utulivu wa grafiti chini ya hali za kuchaji haraka, na kutoa rejeleo kwa utekelezaji wa kuchaji "kurejesha" wa magari ya umeme.

Hata hivyo, muundo wa kuchaji haraka wa grafiti bado una changamoto zifuatazo:

(1) Utulivu wa kemikali wa grafiti ni mzuri sana, na wekwa wa uso ni mbaya sana. Kwa hivyo, ni vigumu kujenga filamu za kinga za SEI za bandia kwa njia kadhaa rahisi za kimwili na kemikali. Katika utafiti wa sasa, inahitajika kutumia amana ya safu ya atomi ya ALD, amana ya mvuke ya CVD na njia nyingine. Mbinu hizi za kujenga filamu za kinga za SEI za bandia zina gharama kubwa, mchakato mzito, ufanisi wa chini, na hazina uwezekano wa industrialization kwa kiwango kikubwa. Kwa hivyo, jinsi ya kuanza na grafiti yenyewe na kubadilisha mali zake za ndani za kimwili na kemikali, ili kufikia ujenzi wa filamu ya kinga ya SEI ya bandia kwa njia rahisi na rahisi, ni kipengele muhimu cha utafiti wa baadaye.

(2) Kwa kubuni mashimo na kupunguza muktadha na muundo wa chembe za grafiti, ingawa maeneo ya kubadilisha lithiamu ya grafiti yanaweza kuongezeka, ongezeko la maeneo ya kazi mara nyingi linahusishwa na kuongezeka kwa michakato ya upande na kupungua kwa ufanisi wa kwanza wa Coulombic. Kwa kuzingatia kuwa bei ya chumvi za lithiamu imefikia kiwango cha juu kabisa, muundo wa kuchaji haraka wa grafiti hauwezi kuja kwa gharama ya kuongezeka kwa uwezo usioweza kurekebishwa kwa mara ya kwanza. Kwa hivyo, mkakati wa kudhibiti muktadha na muundo lazima utumike sambamba na mikakati mingine ya urekebishaji wa uso ili kuepuka matumizi ya ziada ya lithiamu.

(3) Kwa kutumia viongeza vyenye kazi au kuendeleza chumvi mpya za lithiamu na vimumunyisho, ni muhimu kupata elektrolaiti mpya zenye uhamaji wa ioni wa juu, nambari kubwa za uhamishaji, na anuwai pana za joto, kwani elektrolaiti huamua usafirishaji wa ioni na mipasho kwa kemia maalum za betri. Hata hivyo, miongozo ya maendeleo ya elektrolaiti lazima izingatie kipengele cha gharama na kiwango cha ulinzi wa mazingira, vinginevyo itakosa umuhimu wa kiutendaji.

(4) Mengi ya miundo ya malipo ya haraka yanayotumia grafiti bado yanatathminiwa kwa kutumia betri za kitufe. Kama teknolojia inayohitaji kutumia viwanda kwa wingi haraka, watafiti wanapaswa kuithibitisha katika seli za pouch au seli za cylindrical ili kuthibitisha uwezo wake wa matumizi ya kibiashara.