Durch die Nano-Poren, um die gleichmäßige Verteilung der Lithium-Ionen zu begrenzen

- Jan 09, 2017-

Um den Energiedichteanforderungen von wiederaufladbaren Batterien gerecht zu werden, konzentrierte sich eine Vielzahl von Studien auf hochspezifische Batteriesysteme wie zB Silizium, Zinn, Lithiummetall, Lithium-Schwefel-Batterien. Lithium-Metall aufgrund seiner hohen theoretischen Kapazität, niedrige elektrochemische Potenzial ist sehr vielversprechend Anode Material. Allerdings ist es aufgrund seiner Sicherheits- und Effizienzgründe schwierig, auf kommerzielle Lithiumbatterien anzuwenden. Während der wiederholten Abscheidung und Auflösung des Lithiummetalls tritt das Wachstum des Lithiumdendrits unvermeidlich auf der Oberfläche der negativen Elektrode auf, wodurch der Separator durchbohrt und der interne Kurzschluß der Batterie verursacht wird. Die hohe spezifische Oberfläche von Lithium-Dendrit und Elektrolyt kann die Bildung von SEI-Film fördern, was zu einer schnellen Abnahme der Coulomb-Effizienz aufgrund der Zunahme des Innenwiderstandes führt.



Vor kurzem hat die CuiYi-Gruppe ein neuartiges Verfahren zur Bekämpfung von Lithium-Dendrit unter Verwendung von Nano-Confinement-Effekten entwickelt, die die gleichmäßige Abscheidung, Keimbildung und das Wachstum von Lithium-Ionen kontrollieren können. Wie gezeigt, kann Lithium gleichmäßig abgeschieden werden, indem eine Schicht aus nanoporösem Polymer mit einer vertikalen Anordnung beschichtet wird. Dieser Nanochannel mit hohem Aspektverhältnis erlaubt es, die Anode in kleine Bereiche zu unterteilen, in denen die Lithiumionen in der vertikalen und nicht in der horizontalen Richtung wachsen können. Auf diese Weise ist es möglich, die relativ gleichmäßige Abscheidung, Keimbildung und das Wachstum der Lithiumionen auf jedem Kanal zu kontrollieren, ohne ein individuelles super langes dendritisches Wachstum zu verursachen.




Gleichzeitig ist es aufgrund seiner festen Porenstruktur möglich, die durch Lithiumablagerung verursachte volumetrische Ausdehnung wirksam zu steuern. Zusätzlich kann der poröse Polymerfilm in engem Kontakt mit dem Stromabnehmer stehen, wodurch der Verlust des abgeschiedenen Lithiummetalls vermieden wird.




Darüber hinaus schlagen die Forscher vor, dass mehr Forschung erforderlich ist, um den Zyklus der Lithium-Metall-Anode unter hoher Stromdichte und kommerzieller Oberflächenkapazität zu stabilisieren, wie Lithium-Ionen-Akku, Lithium-Schwefel-Akku und andere Next-Generation-Stromakku. Die Verkapselung von nanoskaligen vertikalen Vias lässt sich leicht skalieren und legte den Grundstein für weitere kommerzielle Anwendungen.