Energia ülemineku laine keskel on akutehnoloogia innovatsioon muutunud paljudes valdkondades arengu juhtimiseks ülioluliseks. Silicon - süsinikanodematerjalid, mis on liitium - ioon -aku anoodmaterjalid tõusev täht, on järk -järgult esile kerkinud, pakkudes uut lootust aku jõudluse parandamiseks ja olemasolevate energiatiheduse kitsaskohtade läbimiseks. Nende areng pälvis märkimisväärset tähelepanu.
I. Ülevaade räni - süsinikanoodimaterjalidest
I) määratlus ja kompositsioon
Räni - süsinikanoodimaterjalid on uudsed anoodmaterjalid, mis moodustavad räni (SI) ja süsinikmaterjalide ühendamisel konkreetsel viisil. Räni, millel on äärmiselt kõrge teoreetiline spetsiifiline võimsus (umbes 4200 mAh/g), ületab kaugelt traditsiooniliste grafiidi anoodmaterjalide (teoreetiline spetsiifiline võimsus umbes 372 mAh/g), muutes selle ideaalseks valikuks aku energia tiheduse suurendamiseks. Silicon kogeb aga laadimise ja tühjenemise ajal üle 300% -list laienemist - puuduseks, mis piirab tõsiselt selle praktilist kasutamist akude puhul. Seevastu süsinikumaterjalidel on suurepärane juhtivus, stabiilsus ja teatav paindlikkus. Nende kombineerimine räniga leevendab tõhusalt räni mahu muutusi ja parandab elektroodi struktuuri stabiilsust. Kaks materjali täiendavad üksteist ja moodustavad koos räni - süsinikanodematerjalid.
Ii) arengu taust
Tehnoloogia kiire edenemisega seavad erinevad elektroonikaseadmed ja uued energiasõidukid aku jõudluse osas üha suuremaid nõudmisi, näiteks energiatihedus ja ulatus. Pärast aastatepikkust arendamist on traditsiooniliste grafiidi anoodmaterjalide jõudlus jõudnud selle teoreetiliste piirideni, muutes turu nõudluse täiendava paranemise aku jõudluse täiendava paranemise keeruliseks. Selle taustal on teadlased pööranud oma tähelepanu räni - põhinevatele materjalidele ja pideva uurimise kaudu välja töötanud räni - süsinikanoodimaterjalid, lootes ummikseisu akude jõudluse parandamisel ja ajendada sellega seotud tööstust uude arenguetappi.
Ii. Räni tehnilised eelised - süsinikanoodimaterjalid
I) suure energiatihedus
Nagu eespool mainitud, võimaldab räni kõrge spetsiifiline maht räni - süsinikanoodimaterjalidele, et hoida akudes rohkem liitiumiioone, parandades märkimisväärselt aku energiatihedust. Võrreldes traditsiooniliste grafiidi anoodpatareidega, saavad räni - süsinikanoodimaterjalidega varustatud patareid saavutada suurusjärku suurema energiatiheduse tellimusi, pakkudes pikemat - püsivat aku kestvat aega elektroonilistele seadmetele ja pikema sõiduautode jaoks. See leevendab tõhusalt elektroonikaseadmete ebapiisava aku energia ja elektrisõidukite "levila ärevuse" mure.
(2) paranenud madala - temperatuuri jõudlus
Uuringud on näidanud, et räni - süsinikanoodimaterjalidel on parem tsükli stabiilsus kui madalatel temperatuuridel grafiidi anoodmaterjalid. Külmade talvede, mobiiltelefonide ja elektrisõidukite puhul, mis kasutavad räni - süsinikanoodimaterjale, saavad tõhusalt leevendada aku kiire äravoolu probleemi, tagades, et seadmed saavad jätkata normaalselt madala - temperatuurikeskkonnas, parandades märkimisväärselt kasutajakogemust.
(3) hõlbustab kiiret laadimist
Laadimisprotsessi ajal manustatakse liitiumioonid eelistatavalt ränisse ja seejärel grafiidi vahepaladesse. See räni - süsinikanoodimaterjalide omadus suurendab anoodi keskmist potentsiaali ja vähendab liitiumplaatimise tõenäosust, hõlbustades kiiret laadimist ja vastates kasutajate nõudmisi kiire aku täiendamise järele.
Süsinikanoodimaterjalide ettevalmistusprotsess
I) mehaaniline kuuli jahvatamine
Mehaaniline kuuli jahvatamine on suhteliselt traditsiooniline ettevalmistusmeetod. See hõlmab toorainete, näiteks ränipulbri ja süsinikupulbri asetamist kuuliveskisse. Jahvatuspallide kõrge - kiiruse pöörlemine põhjustab tooraine osakeste põrkumist, segamist ja viimistlemist, saavutades seeläbi räni ja süsiniku komposiidi. See meetod on suhteliselt lihtne ja madal - kulud, kuid see kannatab selliste probleemide käes nagu halba segamine ja osakeste suuruse täpselt juhtimine, mille tulemuseks on saadud räni - süsinikanode materjali jõudlus.
(Ii) keemiline aurude ladestumine (CVD)
Viimastel aastatel on järk -järgult tekkinud CVD esindatud uus põlvkond ettevalmistusprotsesse. CVD -s pürolüüsitakse silaangaasi kõrgel temperatuuril, mille tulemuseks on räni nanoosakeste sadestamine ja ühtlane hajumine poorse süsiniku poorides. See poorne süsinikuraamistik mitte ainult ei leevendab räni laienemist laadimise ja tühjenemise ajal, vaid pakub ka radade kiireks liitiumioonide transportimiseks, parandades tõhusalt materjali kiiret - laadimis jõudlust.
Räni - süsiniknegatiivse elektroodimaterjalidega, mis on valmistatud CVD -meetodil, on madala paisumiskiiruse, suurepärase tsükli jõudluse ja suurema energiatiheduse eelised ning neid peetakse tavapäraseks ettevalmistamise marsruutiks räni järgmise põlvkonna {- süsiniknegatiivsete elektroodimaterjalide jaoks.