doi:https://dx.doi.org/10.30919/es1060锂离子电池的基于硅的阳极开发及其在固态电解器Yifei Zhou,1 Wenfan Feng,1 Wenfan Feng,1 Yanbin Xu Xu 1,* Yanbin Xu Xu Xu 1,* Xingang Liu,* Xingang Liu,1 Zhiai Weqiia,1 Zhiai wangang,1 Zhi wangang,1 Zhi wang, Burcar,2 Zhe Wang 2,*和Zhenglong Yang 1,*抽象的锂离子电池(LIBS)由于其高能密度,较大的工作温度范围,高工作电压以及良好的安全性和循环稳定而广泛用于日常生活的各个方面。阳极是锂离子电池的重要组成部分,可以存储和释放锂离子。因此,选择阳极对改善电池性能的关键影响。基于硅的阳极预计将是下一代高性能锂离子电池的阳极材料,这是由于其高理论特异性能力和其他优势。然而,锂过程中硅的体积变化和诱导的SEI的不稳定性对硅阳极的发展构成了巨大的挑战。本文回顾了锂离子电池中硅阳极的开发,系统地介绍了基于硅的材料作为阳极所带来的挑战和改进方法,并研究了硅阳极在固态电解质中的应用。最后,关于锂电池的硅阴极的未来开发的一些看法。
摘要:锂 - 离子电池在清洁运输系统中起着至关重要的作用,包括电动汽车,飞机和电动微型。电池电池的设计及其生产过程与它们的表征,监测和控制技术一样重要,以改善行业的运输和可持续性。近几十年来,解决所有提到的方面的数据驱动方法都以有希望的结果进行了大规模发展,尤其是通过人工智能和机器学习。本文介绍了可解释的机器学习中的最新开发,称为XML及其在锂离子电池中的应用。它包括对制造和生产阶段中XML的批判性审查,然后在使用电池时进行状态估计和控制。前者专注于XML,以优化电池结构,特性和制造过程,而后者则考虑了与健康状况,充电和能源状态相关的监测方面。本文通过对现有技术的理论方面进行全面审查并讨论各种案例研究,是为了告知该地区最先进的XML方法的堆栈持有人,并鼓励他们在过渡到Netzero的未来中从ML转向XML。这项工作还强调了电池社区的研究差距和潜在的未来研究方向。
所有固定状态锂金属电池(ASSLB)由于其高能量密度和高安全性而引起了人们的兴趣。然而,由于对机制的理解不足,LI树突生长和高界面耐药性仍然具有挑战性。在这里,我们开发了两种类型的多孔菌丝中间层(Li 7 N 2 I –碳纳米管和Li 7 N 2 I – Mg),以使Li能够在Li/Interlayer界面处的LI板,并可逆地渗透到多孔的层中。实验和仿真结果表明,岩石性,电子和离子电导率以及层间的孔隙率的平衡是以高容量稳定的LI板板/剥离的关键促进器。一个微调的LI 7 N 2 I –碳纳米管中间层使LI/LNI/LI对称细胞在25°C时在4.0 mAh cm -2下实现4.0 mA cm -2的高临界电流密度; the Li 7 N 2 I–Mg interlayer enables a Li 4 SiO 4 @LiNi 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 O 2 /Li 6 PS 5 Cl/20 µm-Li full cell to achieve an areal capacity of 2.2 mAh cm −2 , maintaining 82.4% capacity retention after 350 cycles at 60 °C at a rate of 0.5 C. The interlayer design principle opens opportunities to develop safe and high energy ASSLBs.
*相应的作者: - pparida@iitp.ac..1摘要这项理论研究深入研究了两个六角形铁杆菌单层的结构,电子和电化学特性,1T-法和1H-FEAS,重点介绍其质地元素电池的潜在阳极材料。先前的研究强调了在室温下1T-雌激素的铁磁性质。我们的计算表明,这两个阶段都具有自旋偏振电子带结构的金属行为。电化学研究表明,1T-五叶单层对液离子的离子电导率比1H-FEAS期更好,这归因于0.38 eV的较低的激活屏障。此特征表明充电速度更快。两个富阶段均表现出可比的理论能力(372mahg⁻。),表现优于商业石墨阳极。最大LI原子吸附的平均开路电压为1H-FEAS为0.61 V,1T-FEAS的平均开路电压为0.61 V。在这两个阶段上LI原子的最大吸附上的体积膨胀也非常小于商业使用的阳极材料(例如石墨)。此外,Li原子上的吸附到1H-五叶中可以引起从铁磁性到抗铁磁性的显着过渡,对电子带结构的影响很小。相比之下,1T-FEAS的原始状态仍然不受LI吸附的影响。总而言之,1T-FEAS和1H-FEAS单层作为锂离子电池的有前途的阳极材料的潜力,为LI吸附后的电化学性能和相变行为提供了宝贵的见解。关键字:铁砷化铁,2D物质,阳极材料,扩散屏障,自旋极化。
迫切需要高性能可充电电池来满足电网规模固定式储能的需求。高温电池系统,例如 Na-S 电池、Na-NiCl2 电池(ZEBRA 电池)和液态金属电极 (LME) 电池,表现出高功率密度和高循环稳定性等优点,但也受到高工作温度的影响。我们最近发明了熔融锂金属电池的新概念,它由液态锂阳极、合金(Sn、Bi、Pb)液态阴极和锂离子导体作为固体电解质组成。这里我们展示了一种在相对较低的 210 C 温度下工作的熔融金属氯化物电池。该电池设计包括熔融(AlCl3-LiCl)阴极、固体电解质(石榴石型 Li6.4La3Ta0.6Zr1.4O12(LLZTO)陶瓷管)和熔融锂阳极。组装的 AlCl3-LiCl||LLZTO||Li 全电池的平均放电电压为 1.55 V,能量效率为 83%,已成功循环 100 次(800 小时),容量没有衰减。电池的理论比能为 350 Wh/kg,根据电极材料的重量估计成本为 11.6 美元/千瓦时。考虑到高性能、高安全性、低工作温度和原材料成本低,我们的新型熔融电极电池系统为固定式储能开辟了新的机会。
a Department of Applied Science and Technology (Disat), Polytechnic of Turin, Corso Duca degli Abruzzi 24, 10129, Turin, Italy B Center for Sustainable Future Technologies (CSFT), Italian Institute of Technology (IIT), via Livorno 60, 10144, Turin, Italy C Department of Materials Science, University of Milan-Bicocca, via Cozzi 55, 20125,意大利米兰D化学系,帕维亚大学,Viale Taramelli 16,27100,意大利帕维亚和技术的化学区(Chemtech)和Instm,Dept. 帕多瓦大学工业工程 Vito的Feo,89122年,意大利雷吉奥·卡拉布里亚(Reggio Calabria),g雷吉奥·卡拉布里亚(Reggio Calabria),浓缩物质和能源技术研究所(ICMATE),国家研究委员会(CNR),C.So United States 4,35127,意大利Padua,意大利H机械和航空航天工程部(Dimake tureecnicoe duke off)意大利I国家电化学能源储存中心(GISEL) - Instm,通过G. G. Giusti 9,50121,佛罗伦萨,意大利a Department of Applied Science and Technology (Disat), Polytechnic of Turin, Corso Duca degli Abruzzi 24, 10129, Turin, Italy B Center for Sustainable Future Technologies (CSFT), Italian Institute of Technology (IIT), via Livorno 60, 10144, Turin, Italy C Department of Materials Science, University of Milan-Bicocca, via Cozzi 55, 20125,意大利米兰D化学系,帕维亚大学,Viale Taramelli 16,27100,意大利帕维亚和技术的化学区(Chemtech)和Instm,Dept.帕多瓦大学工业工程Vito的Feo,89122年,意大利雷吉奥·卡拉布里亚(Reggio Calabria),g雷吉奥·卡拉布里亚(Reggio Calabria),浓缩物质和能源技术研究所(ICMATE),国家研究委员会(CNR),C.So United States 4,35127,意大利Padua,意大利H机械和航空航天工程部(Dimake tureecnicoe duke off)意大利I国家电化学能源储存中心(GISEL) - Instm,通过G. G. Giusti 9,50121,佛罗伦萨,意大利
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摘要:本文利用碳纳米纤维 (CNF)/碳纳米墙 (CNW) 的优点,进行了一项新的合成方法,以改善锂离子电池负极材料的特性。在碳基纳米材料中,CNW 具有低电阻和高比表面积的特点。CNF 具有可拉伸和耐用的优势。使用微波等离子体增强化学气相沉积 (PECVD) 系统以甲烷 (CH 4 ) 和氢气 (H 2 ) 混合气体生长 CNW。将聚丙烯腈 (PAN) 和 N,N-二甲基甲酰胺 (DMF) 搅拌以制备溶液,然后使用静电纺丝法制备纳米纤维。然后使用热板在空气中进行热处理以稳定化。此外,使用快速热退火 (RTA) 在 800 ◦C 下进行 2 小时的热处理以生产 CNF。使用场发射扫描电子显微镜 (FE-SEM) 确认 CNFs/CNWs 负极材料的表面和横截面图像。使用拉曼光谱检查结构特征和缺陷。进行循环伏安法 (CV)、电化学阻抗谱 (EIS) 和恒流充电/放电测试以分析电气特性。合成的 CNFs/CNWs 负极材料具有易于进行氧化和还原反应的 CV 值,并确认了 93 Ω 的低 Rct 值。
对未来的网格级存储应用有吸引力。金属Zn作为AZB的理想阳极,具有最高的理论能力(5851 mAh ml -1)。它也是无毒的,不可易变的,丰富的,并且具有良好的电导率和水稳定性。[1-5]然而,循环过程中的召开金属锌阳极遭受严重的树突形成,造成了严重的问题,例如较差的可逆性,电压滞后,寄生反应增加,缩短了电池损坏造成的电池故障以及其他问题。[1,3,6]这些树突状结构,稀有的针或非平面血小板沉积物,在电极的不规则或有缺陷区域偏爱形成,在该区域中,局部电流密度最高,初始核核事件最有可能[7],并且在高电流和coscAcs cocclities和coscling cancling cancling and coscling and cancliesitions [7]。[8,9]控制和抑制树突状增长的策略围绕着操纵电力,通常是通过包含添加剂[10-15],或通过将电极设计到高面积的海绵中[16-18],[16-18]或保护表面涂料,[19]以供应,[19]以抑制构建dendrite。
使用可充电锂金属阳极的电化学电池对工作温度和电堆压力很敏感。目前的理解通常假设温度驱动锂金属表面化学的变化,而电堆压力影响阳极形态。在本研究中,我们为这些假设提供了量化证据,并提出了指导理解温度和压力对锂金属电池动力学影响的机制。除了压力与力学、温度与动力学的直接耦合之外,我们还探讨了温度对电池力学和电堆压力对电池化学的可能影响。我们使用一系列原位和非原位技术研究了基于 LiDFOB 盐的电解质成分。温度和压力依赖性电池行为的机理映射将有助于开发改进的锂金属电池。© 2022 作者。由 IOP Publishing Limited 代表电化学学会出版。这是一篇开放获取的文章,根据知识共享署名 4.0 许可证(CC BY,http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)的条款发布,允许在任何媒体中不受限制地重复使用作品,只要对原始作品进行适当的引用。[DOI:10.1149/1945-7111/ac91a9]