Diskussion über Anodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien

Es besteht kein Zweifel, dass Lithium-Ionen-Batterien in den letzten Jahren eine enorme Popularität erlangt haben. Und aufgrund des Erfolgs dieser Batterien experimentieren die Menschen mit den chemischen Zusammensetzungen der Batterie, um sie futuristisch zu machen. Egal wie fortgeschritten die Chemie derzeit ist, es gibt immer noch einige Probleme damit. Die Kosten für große Batterien sind hoch, die Energiedichte, die Lebensdauer, die Sicherheit usw. haben einige häufige Probleme.

In diesem Artikel werden wir uns daher mit den Anodenmaterialien befassen, die üblicherweise in Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden. Und wir sorgen dafür, dass Sie über die aktuellen Trends und Technologien dieser tragbaren Batterien informiert sind.

Was sind Anodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien?

Die Anodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien können leicht Sauerstoff oder Chlorgas entwickeln. Die Anode ist der Punkt, an dem die Entladung stattfindet. Es ist die negative Elektrode, was bedeutet, dass auf dieser Seite die negative Halbreaktion stattfindet. Das am häufigsten für die Anode verwendete Material ist Graphit. Allmählich werden aber auch neue Verbindungen getestet, um festzustellen, ob sich die Elektrochemie der Lithium-Ionen-Batterien verbessert.

Arten von Anodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien:

Die verschiedenen Arten von Anodenmaterialien, die üblicherweise für Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden, sind nachstehend angegeben. Unternehmen haben verschiedene Optionen für Anoden und sie werden alle für unterschiedliche Zwecke verwendet.

1: Graphit:

Dieses Material wird verwendet, weil es kompakt ist und leicht Sauerstoff und Chlorgas entwickelt. Graphit ist jedoch eine sehr spröde Verbindung und muss vorsichtig behandelt werden. Es kann leicht beschädigt werden, was bedeutet, dass der Akku nicht mehr funktioniert. Der in den Lithium-Ionen-Batterien verwendete Graphit ist inert. Es muss jedoch darauf geachtet werden, dass eine hohe Stromdichte die Oxidationsreaktion beeinflusst und Kohlendioxid aus dem Akkupack austritt.

Die beste Herstellung dieses Anodenmaterials ist Targray. Sie bieten niedrige Kosten und eine gute Energiedichte. Die Laderate der Batterie wird durch die in der Batterie verwendete Graphenschicht bestimmt. Während des Ladevorgangs wandern die Lithiumionen vor der Interkalation zu den Außenkanten der Folie. Trotzdem gibt es an den Rändern eine gewisse Überlastung, da die Strecke lang ist.

2: Lithiumtitanat:

Es ist Interkalationsanodenmaterial für die Lithium-Ionen-Batterien. Das Material ist Graphit sehr ähnlich, hat aber eine stabile SEI-Schicht. Dieses Material wurde zu Sicherheitszwecken erstellt. Es birgt ein großes Potenzial, eine bessere Alternative für Graphit zu werden. Es bietet niedrige Kosten, Toxizität und Volumenänderung, was es für den Akku besser macht. Aufgrund ihrer erhöhten Sicherheitsmerkmale wird es häufig für große Hybrid-Elektrofahrzeuge verwendet. Darüber hinaus weist Lithiumtitanat eine hohe Leistungsdichte und eine lange Lebensdauer auf. Der Hauptnachteil dieses Materials ist die geringe inhärente Kapazität und elektronische Leitfähigkeit.

Dennoch gilt die allotrope Form dieser Substanz als eines der umfangreichsten und vielversprechendsten Anodenmaterialien.

3: Legierungsanode wie Silizium, Zinn und Kobaltlegierung:

Neben dem Interkalationsprozess gibt es zwei weitere Mechanismen, die von Anoden angezogen werden. Es handelt sich um Legierungs- und Umwandlungsmechanismen. Der Legierungsmechanismus umfasst im Allgemeinen Elemente wie Silizium, Zinn, Germanium, Phosphor usw. Diese Materialien haben eine höhere Speicherkapazität als Graphit, der üblicherweise in Lithium-Ionen-Batterien verwendet wird. Die beste Wahl ist Silizium mit einer spezifischen Kapazität von 4200 mAh / g, die elfmal höher ist als die von Graphit. Diese Materialien haben auch ein geringes Delithiierungspotential, das die Entladespannung in Brennstoffzellen maximiert.

Die Legierungsmaterialien haben jedoch einige der schwierigsten Probleme, mit denen die Batterien konfrontiert sind. Das erste Problem ist die Expansion und der Bruch. Die große Kapazität dieser Materialien führt zu einer großen Volumenexpansion, die zu einem mechanischen Versagen der Batterie führen kann. Das zweite Problem betrifft die Stabilität der Festelektrolyt-Interphase. Während der Lithiierung und Kontraktion wird eine instabile SEI-Schicht zwischen den Partikeln und dem Elektrolyten gebildet. Das dritte Hauptproblem betrifft die Elektrode, die aufgrund der Volumenexpansion anschwillt. Dies führt zu einem Defekt im Design der Batteriezellen, und daher müssen die Wissenschaftler nach einem anderen Anodenmaterial suchen, das bessere Ergebnisse liefert.

Wie wählt man gute Anodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien?

Wie Sie sehen, gibt es schwerwiegende Probleme bei der Auswahl des richtigen Materials für die Anode. Es gibt jedoch einige grundlegende Merkmale, denen Sie folgen müssen. Es enthält:

· Die Porosität sollte ausgezeichnet sein.

· Die Leitfähigkeit sollte hoch sein.

· Langlebig und leicht.

· Niedrige Kosten.

· Die Spannung der Anode sollte mit der Kathode übereinstimmen.

Um sicherzustellen, dass die Anode von Lithium-Ionen-Batterien stabil bleibt, wurden verschiedene Ansätze verfolgt. In den Batterien ist eine Schutzschicht installiert. Gegenwärtig wurden verschiedene Untersuchungen durchgeführt, um zu testen, ob Silizium ein gutes und wirksames Anodenmaterial ist. Sogar die Nanotechnologie wurde in die Batterien integriert, um zu prüfen, ob es möglich ist, alle Nachteile verschiedener Elemente zu beseitigen. Die SEI-Schicht erscheint jedoch immer in der Batterie. Da die Schicht aus Elektrolyt besteht, besteht die Gefahr einer Carbonatreduktion, die den thermischen Abbau erhöht.