Дебели електроди с едностенни въглеродни нанотръби (SWCNT) за мащабируеми системи за съхранение на енергия. Кредит: Zhengyu Ju и Guihua Yu
Литиево-йонните батерии са основният акумулаторен източник на енергия за много преносими устройства, както и за електрически превозни средства, но използването им е ограничено, тъй като те не осигуряват висока мощност, като същевременно позволяват обратимо съхранение на енергия. Изследванията, докладвани в Applied Physics Reviews, имат за цел да предложат решение, като покажат как включването на проводими пълнители подобрява работата на батерията.
Оптималният дизайн на батерията включва дебелинаелектродструктури. Това подобряваенергийна плътност, but the design suffers from poor lithium-ion transport, a key step in the functioning of these електродs. Various improvement techniques have been tried, including building vertically aligned channels or creating pores of the proper size to facilitate transport of the lithium ions.
Друг подход включва използването на пълнители от въглерод, които провеждат електричество. Това проучване разглежда три вида пълнители: едностенни въглеродни нанотръби (SWCNT), графенови нанопластове и вещество, известно като Super P, вид частици от сажди, получени по време на окисляване на петролни прекурсори. Super P е най -често използваният проводящ пълнител влитиево-йонни батерии.
The fillers were added to a type of електрод material known as NCM that contains nickel, cobalt, and manganese. The investigators examined the resulting composites with scanning electron microscopy. The Super P and NCM particles were found to be arranged in a point-to-point contact mode.
SWCNTs обаче бяха увити около NCM частиците, образувайки проводимо покритие. В допълнение, мрежи от взаимосвързани SWCNTs бяха наблюдавани в пространствата между NCM частици. Theграфенови нанолистове were also wrapped around the NCM електрод particles but not as uniformly as the SWCNTs were.
The SWCNTs were found to be the best conductive filler for NCM електродs.
"Измерената проводимост е в съответствие с теорията за перколация ... Когато електрически проводим пълнител се добави към изолационна матрица, значително увеличаване на проводимостта ще настъпи, след като се образува първият проводящ път през композита", каза Гуихуа Ю, един от авторите .
Since percolation requires a complete pathway through the filler, a sufficient amount of conductive filler is needed. Therefore, the investigators considered various amounts of filler and found that combining NCM електродs with as little as 0.16% by weight of SWCNT produced good electrical conductivity. Higher amounts of Super P and graphene were required to achieve these same results.
Изследователите са използвали няколко спектроскопски техники, включително раманова и рентгенова абсорбционна спектроскопия, за да изследват получените композити.
"This is a collaborative effort from the Center for Mesoscale Transport Properties, an Energy Frontier Research Center supported by the U.S. Department of Energy Basic Energy Sciences program. Our findings suggest that the integration of SWCNTs into the NCM електрод facilitate ion and charge transfer. This will lead to higher electrochemical utilization, especially at high rates of discharge," Yu said.
