Kinerja Tinggi Dari Baterai Tercanggih Slod State Li

Kinerja Tinggi Dari Baterai Tercanggih Slod State Li

Kinerja Tinggi Dari Baterai Tercanggih Slod State Li – Sebuah studi baru yang dipimpin oleh para peneliti NIMS mengungkapkan bahwa, dalam elektrolit padat, sebuah anoda Si yang hanya terdiri dari partikel nano Si komersial yang disiapkan oleh pengendapan semprot – metode ini merupakan teknik atmosfer yang hemat biaya – menunjukkan kinerja elektroda yang sangat baik, yang sebelumnya hanya diamati untuk elektroda film yang disiapkan oleh proses penguapan. Oleh karena itu, hasil baru ini menunjukkan bahwa produksi anoda berkapasitas tinggi berbiaya rendah dan berskala besar untuk digunakan dalam baterai Li semua-kondisi padat dimungkinkan.

Si memiliki kapasitas teoritis ~ 4.200 mAh / g, yang kira-kira 11 kali lebih tinggi dari grafit yang biasa digunakan sebagai bahan anoda-aktif dalam baterai Li-ion komersial. Mengganti grafit tradisional dengan Si dapat memperluas jangkauan mengemudi per muatan kendaraan listrik secara signifikan. Namun, perubahan volumenya yang sangat besar (~ 300%) selama lithiation dan delithiation – pengisian dan pengosongan – menghalangi aplikasi praktisnya pada baterai.

Dalam elektrolit cair konvensional, penggunaan pengikat polimer diperlukan untuk menahan partikel-partikel bahan aktif dalam elektroda bersama-sama dan mempertahankan daya rekatnya pada permukaan pengumpul arus logam. Perubahan volume besar yang berulang dari Si menyebabkan isolasi partikel dan dengan demikian menyebabkan kehilangan bahan aktif, yang mengakibatkan hilangnya kapasitas terus menerus.

Dalam sel solid-state, bahan aktif ditempatkan di antara dua komponen padat – lapisan pemisah elektrolit padat dan pengumpul arus logam – yang memungkinkan penghindaran mengatasi masalah – isolasi listrik dari bahan aktif. Faktanya, seperti yang dilaporkan sebelumnya oleh tim peneliti NIMS, film Si murni yang diendapkan yang menghasilkan kapasitas areal praktis melebihi 2,2 mAh / cm2 menunjukkan stabilitas bersepeda yang sangat baik dan kemampuan debit tingkat tinggi dalam elektrolit padat. Meskipun demikian, sintesis anoda yang hemat biaya dan dapat dikembangkan secara industri untuk baterai Li yang serba solid tetap merupakan tantangan besar.

Elektrolit Solid Untuk Baterai Lithium Ion

Abstrak

Dengan mempopulerkan yang cepat dan pengembangan baterai lithium-ion, masalah keamanan terkait yang disebabkan oleh penggunaan elektrolit organik yang mudah terbakar telah menarik perhatian yang semakin meningkat. Untuk mengatasi ini, elektrolit solid-state telah menjadi fokus penelitian untuk komunitas ilmiah dan industri karena tingkat keamanan dan kepadatan energinya yang tinggi. Meskipun ada prospek yang menjanjikan ini, elektrolit solid-state menghadapi beberapa hambatan besar yang menghambat komersialisasi, termasuk konduksi lithium-ion yang tidak memadai dan impedansi transfer lonjakan pada antarmuka antara elektrolit solid-state dan elektroda. Berdasarkan hal ini, tinjauan ini akan memberikan pengantar ke konduktor lithium-ion khas yang melibatkan elektrolit hibrid anorganik, organik dan anorganik-organik serta mekanisme konduksi lithium-ion dan faktor-faktor terkait yang mempengaruhi kinerja. Selain itu, tinjauan ini akan secara komprehensif membahas teknik karakterisasi yang muncul dan maju dan mengusulkan strategi yang mendasari untuk meningkatkan konduksi ionik bersama dengan tren perkembangan masa depan.

Pengantar

Aplikasi kendaraan listrik (EV) dalam skala besar dianggap sebagai metode yang layak untuk mengurangi emisi CO2 dan mengurangi efek rumah kaca, dan dalam beberapa tahun terakhir, penggunaan EV telah menjadi lebih diterima oleh masyarakat umum. Namun, dengan adopsi EV yang cepat, masalah keamanan serta masalah terkait lainnya dalam penggunaan baterai lithium-ion (LIBs) sebagai sumber daya menjadi lebih jelas dan akan membutuhkan penelitian dan pengembangan lebih lanjut [1,2,3] . Secara umum, LIB komersial terdiri dari anoda, elektrolit tidak berair, pemisah dan katoda dan penggunaan elektrolit tidak-berair memiliki masalah keamanan yang serius karena sifat mudah terbakar dan pengapian mudah dari pelarut organik yang digunakan dalam elektrolit ini. (yaitu, propilen karbonat, etilen karbonat, etilen karbonat) [4,5,6]. Selain itu, pertumbuhan Li dendrit pada LIB non-air tidak dapat dihindari dan dapat meningkatkan kemungkinan hubungan arus pendek dan membatasi aplikasi pada EV [7,8,9]. Lebih lanjut, masalah-masalah ini selanjutnya dapat diperburuk dalam kasus penggunaan yang tidak tepat, yang mengarah pada kebakaran dan kemungkinan ledakan. Selain itu, penggunaan elektrolit non-air konvensional juga membatasi kepraktisan bahan katoda tegangan tinggi untuk mencapai baterai energi spesifik tinggi [10,11,12]. Berdasarkan atribut negatif ini, penggunaan elektrolit solid-state yang tidak mudah terbakar untuk menggantikan elektrolit non-air dianggap sebagai strategi yang menarik [13, 14]. Elektrolit solid-state umumnya termasuk konduktor Li-ion anorganik, elektrolit polimer dan komposit hibrid organik-anorganik [15], dan beberapa persyaratan penting diperlukan untuk penerapannya dalam LIBs. Ini termasuk konduktivitas ionik tinggi (> 10−4 S cm − 1), konduktivitas elektronik yang dapat diabaikan, jendela stabilitas elektrokimia yang layak, serta impedansi transfer yang menguntungkan antar antarmuka [16,17,18]. Sayangnya, persyaratan ini sulit dicapai secara individu atau bersama-sama. Sebagai contoh, meskipun konduktor ion tunggal dapat menghindari efek polarisasi konsentrasi, aplikasi praktisnya terganggu oleh konduktivitas ionik rendah pada suhu kamar dan kontak antar muka yang buruk dengan elektroda. Selain itu, stabilitas elektrolit padat terhadap bahan anoda dan katoda juga perlu dipertimbangkan. Dan secara keseluruhan, banyak tantangan perlu diatasi sebelum komersialisasi dan akan membutuhkan penyelidikan intensif terhadap dasar-dasar elektrolit solid-state. Berdasarkan hal ini, penelitian yang luas telah dilakukan baru-baru ini di kalangan komunitas industri dan ilmiah untuk mempercepat inovasi di bidang ini [19,20,21,22], dan meskipun prestasi telah dibuat, aplikasi skala besar elektrolit solid-state masih menghadapi banyak masalah mulai dari pemahaman mendasar hingga manufaktur industri [23,24,25]. Sebagai contoh, mekanisme transpor Li-ion masih kontroversial dan telah diperdebatkan dengan sengit oleh para peneliti selama beberapa dekade, terutama seputar masalah yang terkait dengan transpor Li-ion melintasi antarmuka anoda, elektrolit dan katoda keadaan padat, dan merupakan hambatan utama dalam aplikasi praktis baterai semua-solid-state [26]. Selain itu, selain dari pengembangan teknik karakterisasi maju, lebih banyak hasil visual dan bukti langsung diperlukan untuk mempromosikan pemahaman fundamental [27,28,29]. Berdasarkan semua ini dan untuk memandu pengembangan masa depan, tinjauan ini menjadi elektrolit solid-state akan memberikan dasar-dasar transportasi Li-ion serta strategi peningkatan yang menjanjikan bersama dengan perspektif masa depan dan arah penelitian yang diusulkan.