Wissenschaftler haben bei Lithium-Ionen-Batterien Durchbrüche erzielt, und die Batterien können kleiner werden!

Wie leicht und dünner Unterhaltungselektronik wie Mobiltelefone und Laptops sind und wie Elektroautos auf engstem Raum der Karosserie eine längere Laufleistung haben können ... wenn die Nachfrage nach Energiespeichern steigt. Die Leistung von Sekundärbatterien wurde auch mit immer höheren Anforderungen vorgeschlagen. Die Nanotechnologie kann Batterien "leichter" und "schneller" machen, aber aufgrund der geringen Dichte von Nanomaterialien ist "kleiner" für wissenschaftliche Forscher auf dem Gebiet der Energiespeicherung zu einem Problem geworden.

Die "Schwefelschablonenmethode" wurde vom Forschungsteam von Professor Yangquanhong vom Institut für Chemieingenieurwesen der Universität Tianjin und Gewinner der National Outstanding Youth Science Foundation vorgeschlagen. Durch das Design von negativen Elektrodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien mit hoher Volumendichte wurde Graphen schließlich fertiggestellt. "Maßgeschneiderte Kleidung", Ermöglicht es Lithium-Ionen-Batterien, "kleiner" zu sein. Das Ergebnis wurde am 26. Januar online auf "NatureComunicaTIons" veröffentlicht.

Lithium-Ionen-Batterien haben als am weitesten verbreitete Sekundärbatterie eine hohe Energiedichte. Es wird erwartet, dass nicht kohlenstoffhaltige Materialien wie Zinn und Silizium kommerziellen Graphit als neue Generation von negativen Elektrodenmaterialien ersetzen und die Massenenergiedichte (Whkg-1) von Lithiumionenbatterien stark erhöhen, aber seine enorme Volumenexpansion schränkt seine volumetrische Leistung ernsthaft ein . Vorteil. Die aus Kohlenstoffnanomaterialien aufgebaute Kohlenstoffkäfigstruktur wird als Hauptmittel zur Lösung des Problems der Expansion großer Volumina angesehen, wenn nicht kohlenstoffnegative Elektrodenmaterialien in Lithium eingebettet sind. Beim Aufbau eines Kohlenstoffpuffernetzwerks wird jedoch häufig zu viel reservierter Platz eingeführt, was zu einer signifikanten Verringerung der Dichte von Elektrodenmaterialien führt, was die Entwicklung einer negativen Massenleistung von Lithiumionenbatterien begrenzt. Daher ist die genaue Anpassung der Kohlenstoffkäfigstruktur nicht nur ein wichtiges akademisches Problem, sondern auch der einzige Weg für die Industrialisierung neuer Hochleistungs-Negativelektrodenmaterialien.

Das Forschungsteam von Professor Yangquanhong hat in Zusammenarbeit mit der Tsinghua-Universität, dem National Nano Center und dem National Materials Research Institute of Japan Durchbrüche beim Design von Lithium-Ionen-Batterie-Negativelektrodenmaterialien mit hoher Volumendichte erzielt. Basierend auf der Graphen-Grenzflächenanordnung hat das Forscherteam einen kompakten porösen Kohlenstoffkäfig erfunden. Genau angepasste Schwefelschablonentechnologie. Beim Aufbau eines dichten Graphen-Netzwerks mithilfe der Kapillarverdampfungstechnologie führten sie Schwefel als fließfähige Volumenschablone und maßgeschneiderte Graphen-Kohlenstoffschichten für nicht kohlenstoffaktive Partikel ein. Durch Modulation der Verwendung von Schwefelschablonen kann die dreidimensionale Graphen-Kohlenstoffkäfigstruktur genau reguliert werden, um eine "passende" Hülle der nicht kohlenstoffaktiven Partikelgröße zu erreichen, wodurch die enorme Volumenexpansion von in Nichtkohlenstoff eingebettetem Lithium effektiv abgefedert wird aktive Partikel. Als negative Elektrode einer Lithium-Ionen-Batterie zeigt sie eine hervorragende volumetrische Leistung.

Das Schwefel-Template-Verfahren wird in dem dreidimensionalen Graphen-dichten Netzwerk vorgeschlagen, wobei die Eigenschaften von Schwefel geschickt als "Transformatoren", amorph und leicht zu entfernen sind. Die enge Beschichtung von nicht kohlenstoffaktiven Partikeln wie Zinndioxid-Nanopartikeln wird innerhalb der Kohlenstoffkäfigstruktur realisiert. Gegenüber der herkömmlichen "Form" -Schablone besteht der größte Vorteil der Schwefelschablone darin, dass sie die Rolle einer Kunststoffvolumenschablone spielen kann, so dass die kompakte Graphenkäfigstruktur einen geeigneten reservierten Raum mit präzisen und steuerbaren Abmessungen bieten kann. Der "Schneider" für aktives Zinndioxid wurde schließlich fertiggestellt. Dieses Kohlenstoff-Nicht-Kohlenstoff-Verbundelektrodenmaterial mit geeignetem reserviertem Raum und hoher Dichte kann zu einer extrem hohen volumenspezifischen Kapazität beitragen, wodurch die volumetrische Energiedichte von Lithiumionenbatterien stark erhöht und Lithiumionenbatterien kleiner gemacht werden. Die Designidee dieser Art von "Schneiderkleidung" kann auf die Konstruktionsstrategie der Hochenergie-Lithium-Ionen-Batterie und Lithium-Schwefel-Batterie der nächsten Generation, der Lithium-Luft-Batterie und anderer Elektrodenmaterialien erweitert werden.

Das Forschungsteam von Professor Yangquanhong hat in den letzten Jahren eine Reihe wichtiger Fortschritte auf dem Gebiet der kompakten Energiespeicherung erzielt, bei denen die volumetrische Leistung von Geräten im Vordergrund steht. Es hat die Strategie der Verdichtung der Kapillarverdampfung von Graphengel erfunden und die hohe Dichte von Kohlenstoffmaterialien und die Porosität gelöst. Das Engpassproblem von "Fisch und Bärenpalme kann nicht gleichzeitig erreicht werden", hochdichte poröse Kohlenstoffmaterialien; In Anbetracht des geringen Volumens und der hohen Kapazität von Energiespeichern werden die Konstruktionsprinzipien von Energiespeichern mit hoher Volumendichte unter fünf Gesichtspunkten vorgestellt: Strategie, Methode, Material, Elektrode und Gerät. Am Ende wurden hochvolumige Energiespeichermaterialien, Elektroden und Bauelemente aus Superkondensatoren, Natriumionenkondensatoren, Lithiumschwefelbatterien und Lithiumluftbatterien bis hin zu Lithiumionenbatterien hergestellt, die die Grundlage für die praktische Anwendung von Kohlenstoffnanomaterialien bildeten. Die Anwendung neuer elektrochemischer Energiespeicher auf der Basis von Kohlenstoffnanomaterialien wird weiterentwickelt.

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