Wichtige Fortschritte beim negativen Pol der Lithiumbatterie

Lithium-Ionen-Batterien haben ihre spezifische Kapazität nicht wesentlich erhöht, seit sie in den 90er Jahren in großem Umfang eingesetzt wurden. Daher sind sie zunehmend nicht in der Lage, die Anforderungen von Smartphones für lange Standby-Zeiten, Elektrofahrzeugen für längere Laufzeiten und Energiespeicheranforderungen für zu erfüllen Gitterspitze.

Der Hauptgrund für dieses Dilemma ist, dass die Elektrodenmaterialkapazität von lithiumbatterien schwer zu durchbrechen ist. Beispielsweise können kommerzielle negative Elektrodenmaterialien nur Materialien auf Kohlenstoffbasis mit niedriger spezifischer Kapazität mit einer theoretischen Kapazität von 372 mAh / g verwenden. Obwohl Studien gezeigt haben, dass Elemente wie Si, Ge und Sn eine hohe spezifische Kapazität als negative Pole aufweisen, sind sie durch den schnellen Kapazitätsabfall nach mehrfacher Verwendung begrenzt und in der Praxis schwierig anzuwenden. In den letzten Jahren haben SnO2-Negativelektrodenmaterialien aufgrund ihrer überlegenen zyklischen Eigenschaften große Aufmerksamkeit erhalten. Ihre theoretische Kapazität (783 mAh / g) hat die doppelte negative Elektrode von Graphit erreicht.

Das vorhandene SnO2 und die elementaren negativen Elektrodenmaterialien können jedoch den Engpass der Volumenexpansion während des elektrochemischen Prozesses von Lithiumionenbatterien nicht überwinden, und die zyklische Stabilität ist schwierig, die Anwendungsanforderungen zu erfüllen. Daher ist es von großer Bedeutung, wie ein neues SnO2-Lithiumelektrodenmaterial mit hoher zyklischer Stabilität und hoher Kapazität entwickelt werden kann.

Kürzlich hat die Abteilung für neue Energiematerialien und -vorrichtungen der Fakultät für Chemie und Molekulartechnik der Universität Peking gemeinsam mit dem Institut für Silikat, der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, der Universität von Pennsylvania und dem Beijing Institute of Technology ein schwarzes Zinndioxid erfunden Nanometer-Material basierend auf der ursprünglichen Präparationstechnologie. Als Lithium-Negativelektrode hat das Material eine reversible Kapazität von 1340 mAh / g, was viel besser ist als die theoretische Kapazitätsgrenze von SnO2 (783 mAh / g). Nachdem das Material mit Graphen kombiniert worden war, zeigte es auch eine ausgezeichnete zyklische Stabilität und Ploidie-Leistung. Nach zirkulierenden 100 Runden bei einer Stromdichte von 0,2 A / g nahm die Kapazität nicht ab, wobei eine Kapazität von 950 mAh / g beibehalten wurde; Halten Sie eine Kapazität von 700 mAh / g bei einem hohen Strom von 2A / G aufrecht.

Durch eingehende und detaillierte Untersuchungen stellten die Forscher fest, dass sich das einzigartige neue schwarze Zinndioxidmaterial von dem vorhandenen Zinndioxid unterscheidet, die Eigenschaften einer ausgezeichneten Elektronenleitfähigkeit und hoher Sauerstoffleerstellen aufweist und eine isotrope Reduktionsreaktion von Nano-aktiven Materialien induziert. So wurden hoch thermodynamische und hochstabile Sn- und Li2O-gleichmäßig dispergierte mikroskopische Verbund-Nanostrukturen gebildet, die schließlich das wissenschaftliche Problem der Metall-Sn-Agglomeration während des Zyklusprozesses lösten. Die Forscher waren überrascht, dass diese spezielle mikroskopische Verbundnanostruktur sicherstellen kann, dass Metallzinn bei der elektrochemischen Reaktion der Energiespeicherung vollständig reversibel zu Zinndioxid oxidiert wird. Über dieses Phänomen und diesen Mechanismus wurde in der Literatur nicht berichtet. Basierend auf dem neuen Speichermechanismus wurde die theoretische Kapazität von Zinndioxid-negativen Elektrodenmaterialien von ursprünglich 783 mAh / g auf 1494 mAh / g des neuen Mechanismus erhöht. Das von den Forschern erfundene schwarze Zinndioxid liefert eine neue Idee für das Design und die Synthese anderer neuer Arten von elektronegativen Materialien und hat auch den industriellen Anwendungswert von elektronegativen Lithiummaterialien mit hoher Kapazität.

"ArbustandCondutiveTinOxideNanostortureutur" wurde am 21. April 2017 als Autor der chinesischen chemischen Lithium-Ionen-BatterienPossible und als erster Doktorand der <ORGANISATION :: 0>, Xujijian Huangfuqiang am 21. April 2017 (DOI: 10.1002 / maad.00136) veröffentlicht ) und der Peking University Academy of Sciences. Das Projekt wird vom Nationalen Schlüsselplan für Grundlagenforschung und -entwicklung, dem National Natural Science Foundation Committee, dem Shanghai Municipal Science and Technology Committee und den wichtigsten Forschungsprojekten der Chinesischen Akademie der Wissenschaften unterstützt.

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