摘要:维持基于硅的阳极的物理完整性,该阳极受到骑自行车期间严重变化造成的损害,这是其实际应用的重中之重。通过将纳米座粉与硅片与锂离子电池(LIBS)制造阳极(libs)的阳极(LIBS)的阳极(LIBS)混合,从而显着改善了基于硅粉的阳极的性能。纳米 - 膜粘附在硅片的表面上,并分布在薄片之间的粘合剂中。借助丰富的反应性表面连锁官能团和暴露的纳米原子悬挂键,促进了一致且坚固的固体电解质相(SEI),从而促进了硅片和阳极的物理完整性的增强。因此,电池的高速放电能力和循环寿命得到了改善。sem,拉曼光谱和XRD检查阳极的结构和形态。电化学性能在200个周期后评估了近75%的能力保留,在4 mA/cm 2的测试电流下,最终的特异能力超过1000 mAh/g。这归因于通过在阳极中将纳米座和硅片整合到纳米座中实现的固体电解质相(SEI)结构的稳定性,从而实现了增强的循环稳定性和快速的电荷 - 电荷 - 递送性能。这项研究的结果提出了一种有效的策略,即通过在基于硅 - 弗拉克的阳极中添加纳米座量来实现高循环表现。
拓扑量子材料由于其本质上具有高的电子电导率而针对缺陷或杂质的扰动而具有阳极材料的显着潜力。在这项工作中,我们利用了群 - 智能结构搜索方法和第一个原理计算的组合来预测Ben Monolayer的全球最小值,这表明它是一个有希望的Nodal-Line半线阳极,用于Li-ion电池。ben Anode的特定能力为3489 mAh/g,平均开路电压为0.15 V,导致9681 MWH/g的超高能量密度为9681 MWH/g(参考标准氢电极电势)。此能量密度代表所有二维(2D)拓扑量子阳极中最高的,并且超过了当前最著名的锂离子电池2D阳极材料。进一步,Ben单层中空缺的形成诱导了独特的“自兴趣”效应,从而促进了高电子电导率。此外,Ben单层表现出0.30 eV的扩散能屏障,用于锂离子迁移,在静电过程中的小规模面积扩张为0.96%,并且具有与接触的电解质的优秀润湿性。
商业锂离子电池自1990年代引入以来的30年来,对我们的社会产生了深远的影响。[1]从在微型电子产品中工作到是电动汽车的核心,锂离子电池的能量状况正在增加,但是在这些成就的背后是艰难的挣扎。commersercial锂离子电池通常使用石墨作为阳极,其理论能力为372 mAh g-1,匹配适用的阴极,通常具有细胞级的能量密度,通常为≈250wh kg-1(≈700wh l-1)。[2,3]通过将硅添加到石墨中,可以进一步提高能量密度,[4],但目前也限制为≈300wh kg -1。使用锂金属阳极对于显着增加电池能量密度至关重要。锂金属在所有可行的阳极材料中都具有低氧化还原电势(与标准氢电解质[SHE]与标准氢电解质[SHE]与标准氢电解质[SHE]与标准氢电解质[SHA]与标准氢电解质[SHE]的)(3860 mAh g -1,3860 mAh g -1,3860 mAh g -1)中的。 [2,5] LI-LMO电池(锂过渡金属氧化物[LMO])可以提供≈440WH kg-1的特异能量。 [2]但是,锂电池需要过多的锂作为阳极,这阻碍了能量密度的增加。 因此,引入了无阳极(可充电)锂金属电池(AFLMB),以帮助任何给定的岩体阴极系统提供最大的能量密度。 AFLMB是一种锂金属电池,在首次电荷期间形成初始锂阳极。 [6–8]。[2,5] LI-LMO电池(锂过渡金属氧化物[LMO])可以提供≈440WH kg-1的特异能量。[2]但是,锂电池需要过多的锂作为阳极,这阻碍了能量密度的增加。因此,引入了无阳极(可充电)锂金属电池(AFLMB),以帮助任何给定的岩体阴极系统提供最大的能量密度。AFLMB是一种锂金属电池,在首次电荷期间形成初始锂阳极。[6–8]更具体地说,从锂化阴极中提取的锂离子被可逆地镀到裸电的收集器(CC)上,作为锂金属,这意味着在阳极与阴极容量比(N/P)中的预储存的锂完全零。基于此构造,AFLMBS比当前基于锂的电池具有多个优点:1)增加体积和重量的能量密度; 2)改善了没有大量锂金属的细胞安全性; 3)简化的制造过程,因为不再需要超薄的锂金属; 4)由于细胞组装过程中没有游离锂金属,改善了日历寿命和安全性; 5)由于缺乏过量的锂金属来补充不可逆的损失,因此对锂金属蝙蝠的电化学性能进行了更现实的评估。但是,就像其他液态锂金属电池一样,液体AFLMB面临着由于周期期间树突状锂的生长而导致的内部短路和灾难性细胞故障的可能性。
双(氟磺酰基)酰亚胺阴离子 (FSI − )、AlCl 4 − 和 (BrCl) n − 已被研究作为石墨插层化合物 (GIC) 的插层剂。[3] 由于电池结构简单,DIB 已从 Li [4] 扩展到 Na、[5] K、[6] Mg、[7] Ca、[8] 和 Zn 离子 [9] 体系。与有机或离子液体电解质不同,具有高安全性和低成本特点的水系电解质近年来正在蓬勃发展。[3f,10] 尽管已经取得了重大进展,但 DIB 面临的关键挑战在于设备级的低能量密度。以前提高 DIB 能量密度的尝试主要依靠使用浓电解质 [6,11] 来降低非活性溶剂的重量比。然而,只有在超高浓度下才能动力学抑制正极侧的阳极腐蚀。当 DIB 充电过程中消耗掉大部分电解质时,稳定性问题仍然存在。金属阳极的镀层剥离效率也在很大程度上取决于浓缩电解质下形成的钝化界面。在之前的 DIB 原型中,总是需要过量的金属阳极和电解质。最近,开发了“无阳极”锂金属电池概念,使用非活性基质作为集流体,[12] 这比锂金属更安全、更方便,而且
锂离子电池 (LIBs) 具有高能量密度和长寿命的特点,在便携式电子设备和电动汽车方面取得了显著成功 [1-4]。然而,由于有机电解液、锂储量不足和成本高等问题,LIBs 的进一步应用受到限制 [5-7]。因此,有必要开发替代性二次电池来取代 LIBs [8,9]。水系锌金属电池 (AZMBs) 已成为有竞争力的候选电池,因为锌 (Zn) 金属负极具有优异的理论容量 (820 mAh g −1 和 5855 mAh cm −3) 和低电化学电位 (−0.76 V vs. 标准氢电极)、丰富的锌资源,以及水系电解质固有的安全性和高离子电导率 (~ 1 S cm −1 vs. 1-10 mS cm −1 有机电解质) [10-16]。然而,锌金属负极存在析氢反应(HER)、腐蚀、钝化、枝晶生长等严重问题,导致可逆性差、循环寿命不稳定,甚至发生短路故障[17–23]。这些问题严重阻碍了AZMBs的实际应用。为了克服上述问题,人们提出了各种针对锌金属负极的稳定策略,包括表面改性、结构优化、电解质工程和隔膜设计[24–31]。然而,由于使用了远远过量的锌,这些研究尚未实现较高的锌利用率[32]。为了补偿Zn的不可逆损失,提高充放电过程的循环稳定性,研究人员通常构建Zn过量(Zn箔厚度≥100μm)、面积容量低(1-5mAh cm−2)的锌金属负极,导致负极与正极的容量比高(N/P>50),放电深度(DOD)较低(<10%)[33]。放电深度(DOD)是参与电极反应的容量占锌金属负极总容量的百分比:
注意:上述活动自本文件发布之日起对本文件感兴趣。由于组织和职责可能会发生变化,您应该使用 ASSIST 在线数据库(https://assist.dla.mil)验证上述信息的时效性。
无阳极电池因其重量轻、体积小、成本低而具有最佳的电池结构。然而,不稳定的阳极形态变化和阳极-液体电解质界面反应限制了它们的应用。电化学稳定的固体电解质可以通过沉积致密的钠金属来解决这些问题。此外,一种新型的铝集流体可以与固体电解质实现紧密的固-固接触,从而允许在高面积容量和电流密度下实现高度可逆的钠电镀和剥离,这是以前用传统铝箔无法实现的。无钠阳极全固态电池全电池已演示了数百次稳定循环。这种电池结构为其他电池化学反应的未来发展方向提供了方向,以实现低成本、高能量密度和快速充电的电池。