Hefei Research Institute: Eine Reihe wichtiger Erfolge bei der Erforschung von Lithium-Ionen-Batterie-Nanoelektroden

Liujinhuai, ein Forscher am Institut für Intelligente Maschinen des Hefei-Instituts für Physikalische Wissenschaften der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, und Huangxing Liujinyun von der Jiu-Gruppe usw. haben eine Reihe von Erfolgen bei der Entwicklung von Nanoelektroden und ihrer elektrochemischen Leistung erzielt in Energiespeichern. Die dreidimensionale Nanokompositelektrode mit hohem Volumen wurde entwickelt und ein neuer Mechanismus zur Dämpfung der Elektrodenkapazität vorgeschlagen und demonstriert. Die Verbundstruktur verbessert die elektrochemischen Eigenschaften von Lithium-Ionen-Batterien. Die Ergebnisse der Forschung wurden in internationalen Fachzeitschriften in verwandten Bereichen wie AvancedMaterials, ACSNano und Small veröffentlicht.

Als wichtige Energiespeichervorrichtung dominieren Lithium-Ionen-Batterien derzeit im Bereich der wiederaufladbaren Batterien aufgrund ihrer hohen Energieumwandlungseffizienz, geringen Selbstentladungsrate, ihres breiten Betriebstemperaturbereichs und ihres Speichereffekts. Die Erforschung der Elektrode und ihrer elektrochemischen Eigenschaften von Lithium-Ionen-Batterien war ein wichtiges Gebiet, dem alle Länder große Bedeutung beimessen. Mit der heutigen Entwicklung der elektronischen Technologie wird die Nachfrage nach Hochleistungs-Lithium-Ionen-Batterien (wie Elektrofahrzeugen, Drohnen usw.) mit hoher Kapazität, stabiler Zirkulation, geringem Gewicht und geringer Größe immer dringlicher. Es ist wichtig, eine Elektrode mit hoher Kapazität (einschließlich Massenkapazität und Volumenkapazität) zu entwickeln und ihre elektrochemischen Eigenschaften eingehend zu untersuchen.

Nanoelektroden zeichnen sich durch hohe Aktivität, Ionendiffusion und kurze Elektronentransmissionswege aus. Ausgehend von dem wichtigsten Mechanismus der Kapazitätsdämpfung von Nanometerelektroden untersuchten die Forscher die Ursachen der Kapazitätsdämpfung, entwarfen dann speziell die zyklisch stabilen Nanometerelektroden mit hoher Kapazität und entwickelten die entsprechende universelle Nanometerelektrodenvorbereitungstechnologie. Beispielsweise kann die dreidimensionale Silizium / Kohlenstoff-Nanoröhren-Array-Elektrode zum Schutz der Innen- und Außenfläche des elektrochemisch aktiven Materials Silizium (siehe Abbildung 1) die Wirkung der Festelektrolyt-Grenzflächenschicht auf die elektrochemische Stabilität während des Ladens und wirksam reduzieren Entladezyklus. Die dynamischen Änderungen des Volumens und der Struktur von zusammengesetzten Nanoröhren während der Lithium- / Delithifizierung wurden durch In-situ-Rasterelektronenmikroskopie deutlich beobachtet (siehe Abbildung 2). Ein neues Prinzip der Kapazitätsdämpfung durch Ermüdung der Elektroden-Nanostruktur wird vorgeschlagen und demonstriert.

Basierend auf der universellen dreidimensionalen Nanostruktur-Elektrodenvorbereitungstechnologie wurde außerdem eine dreidimensionale Nanokompositelektrode ohne Rahmenstruktur entwickelt und deren Energiespeicherleistung untersucht (siehe Abbildung 3). Nach 200 Lade- und Entladezyklen wurde festgestellt, dass es immer noch eine hohe Vollelektrodenvolumenkapazität (~ 1000 mAhcm-3) aufweist, die viel größer ist als die aktuelle Volumenkapazität kommerzieller Graphitelektroden (~ 550 mAhcm-3). und legt den Grundstein für die Entwicklung von Miniaturbatterien für tragbare elektronische Geräte. Die Forschungsergebnisse basieren auf der Kooperationsplattform zwischen dem Hefei Institute of Science und der University of Illinois in Urbana-Champaign. Mit der Entwicklung der Forschung werden die Entwicklung der Hochleistungs-Nanostrukturelektrode und ihre elektrochemischen Eigenschaften in Lithium-Ionen-Batterien voraussichtlich weitere Durchbrüche erzielen.

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