Vario putų panaudojimo kietosios-būsenos ir pusiau-kietosios-būsenos kompoziciniuose srovės kolektoriuose scenarijai

Vario putų panaudojimo kietosios-būsenos ir pusiau-kietosios-būsenos kompoziciniuose srovės kolektoriuose scenarijai

* Copper Foam: A lightweight pure copper material with a three-dimensional porous network structure, extremely high porosity (typically >95%) ir didžiulis specifinis paviršiaus plotas.

* Sudėtiniai srovės kolektoriai: konkrečiai nurodo pagrindą, naudojamą kaip akumuliatoriaus elektrodą. Tai nebėra tradicinė tanki metalinė folija (pvz., 7-8 μm vario folija), o kompozicinė struktūra, suformuota naudojant vario putas kaip karkasą, užpildyta arba padengta kitomis aktyviomis medžiagomis.

* Kietojo-kūno / pusiau-kietojo-baterijos: baterijos, kuriose vietoj tradicinių skystųjų elektrolitų naudojami kieti arba pusiau -kieti (pvz., gelio -kūno) elektrolitai, yra pripažintos naujos kartos didelio-saugumo, tankumo, daug- energijos kaupimo įrenginiais.

Remiantis tuo, kas išdėstyta pirmiau, vario putplasčio kietojo kūno -pusiau-kietojo kūno-kompozitiniuose srovės rinktuvuose naudojimo scenarijai ir pagrindiniai pranašumai yra tokie:

I. Pagrindiniai taikymo scenarijai

1. Kaip ličio metalo anodų pagrindinė sistema

Tai yra pats svarbiausias ir perspektyviausias vario putplasčio panaudojimo scenarijus.

* Scenarijaus aprašas: kietojo{0}}kūno/pusiau{1}}kietojo-ličio metalo baterijose ličio metalas tiesiogiai naudojamas kaip anodas. Tačiau įkrovimo ir iškrovimo metu ličio tūris patiria begalinius pokyčius ("be šeimininko" nusėdimas / tirpimas), todėl lengvai susidaro dendritas, dėl kurio susidaro trumpieji jungimai ir mažėja talpa.

• Vario putų vaidmuo:

• Trijų-matmenų erdvinis apribojimas: trimatė-akyta vario putų struktūra suteikia didelę, taisyklingą erdvę ličio nusodinimui/tirpimui. Litis gali geriau užpildyti vario putų poras, o ne netaisyklingai kauptis paviršiuje, taip veiksmingai slopindamas ličio dendrito augimą.

• Tūrio padidėjimo mažinimas: nusėdus ličiui, jo tūris plečiasi. Vario putplasčio elastingos poros gali prisitaikyti prie šio išsiplėtimo, kaip „vandenį sugerianti kempinė“, išlaikant elektrodo struktūros vientisumą ir užkertant kelią kietojo elektrolito sluoksnio pažeidimui dėl per didelio įtempimo.

• Vietinio srovės tankio mažinimas: didelis savitasis paviršiaus plotas išsklaido srovę, žymiai sumažindamas vietinės srovės tankį, kuris yra vienas iš pagrindinių veiksnių, stabdančių ličio dendrito augimą.

2. Kaip laidžioji sistema didelės talpos katodams

• Scenarijaus aprašymas: norint pagerinti akumuliatoriaus energijos tankį, reikalingi stori elektrodai (didelė aktyviosios medžiagos apkrova). Tačiau stori elektrodai turi ilgus elektronų ir jonų transportavimo kelius, todėl greitis yra prastas.

• Vario putų vaidmuo:

• Trimatis ištisinis laidus tinklas: į vario putų poras įleisdama teigiamo elektrodo aktyviosios medžiagos (pvz., ličio geležies fosfato, trinarės medžiagos), vario putos užtikrina didelio -greičio elektronų kanalą iš srovės kolektoriaus į aktyviosios medžiagos dalelių vidų.

• Jonų transportavimo kanalų kūrimas: pusiau -kietojo-baterijose vario putplasčio poras galima užpildyti kieto/gelio elektrolitais, suformuojant nenutrūkstamus jonų transportavimo kelius, sprendžiant nepakankamo jonų laidumo storuose elektroduose problemą.

• Itin{0}}didelės talpos apkrova: dėl didelio poringumo galima įkelti didelį kiekį aktyviosios medžiagos, žymiai nepadidinant elektrodo storio, todėl pasiekiama didesnė plotinė talpa.

3. Kaip kietųjų elektrolitų membranų atrama ir sutvirtinimas

• Scenarijaus aprašas: neorganiniai kietieji elektrolitai (pvz., LLZO, LLZTO) iš prigimties yra trapūs, todėl sunku gaminti didelio{0}}ploto, itin{1}}plonas plėveles.

• Vario putų vaidmuo:

• Mechaninė atrama: į vario putų poras pilant kietą elektrolito srutą galima paruošti kompozitines kieto elektrolito membranas, pasižyminčias geresniu lankstumu ir didesniu mechaniniu stiprumu. Vario putplasčio karkasas neleidžia elektrolito membranai įtrūkti gamybos ir naudojimo metu.

• Stabilus sąsajos kontaktas: trimatė{0}}siskverbianti struktūra padidina kontaktinį plotą tarp kietojo elektrolito ir elektrodų (ypač ličio metalo anodo), sumažindama sąsajos varžą.

II. Pagrindinių pranašumų santrauka

Palyginti su tradiciniais plokštuminiais srovės kolektoriais, vario putplasčio kompozitiniai srovės kolektoriai turi didelių pranašumų pirmiau minėtuose scenarijuose:

Palyginimo matmenys|Tradicinis plokštuminis srovės kolektorius|Vario putplasčio kompozitinis srovės kolektorius|Privalumai

Struktūra|Dviejų-matmenų tanki plėvelė|Trimatis akytasis tinklas|Suteikia ličio pagrindo erdvę, sušvelnina tūrio pokyčius ir slopina dendritus

Specifinis paviršiaus plotas|Mažas|Didelis|Sumažina vietinės srovės tankį ir pagerina sąsajos stabilumą

Svoris|Lengvas, bet negali išlaikyti aktyvių medžiagų|Lengvas (didelis poringumas)|Pagerina akumuliatoriaus gravimetrinį ir tūrinį energijos tankį

Sąsaja Kontaktas|Taškinis/paviršinis kontaktas|Trimatis{0}}skvarbi kontaktas|Sumažina sąsajos varžą ir pagerina spartos našumą

Mechaninės savybės|Lankstus, bet ribotas stiprumas|Didelis stiprumas ir geras atsparumas|Pagerina elektrodų struktūros stabilumą, tinka gaminant nuo ritinėlio{0}}į -ritinį

III. Iššūkiai ir plėtros kryptys

Nepaisant daug žadančių perspektyvų, vario putplasčio kompozitinių srovės rinktuvų taikymas vis dar susiduria su iššūkiais:

1. Išlaidų problemos: vario putų paruošimo (pvz., nusodinimo elektrolitiniu būdu) kaina šiuo metu yra didesnė nei tradicinės elektrolitinės vario folijos.

2. Svoris ir tūrinis tankis: norint rasti optimalią pusiausvyrą tarp aktyvių medžiagų pernešimo ir lengvo dizaino išlaikymo, būtina tiksliai kontroliuoti vario putplasčio tankį, poringumą ir porų dydžio pasiskirstymą.

3. Keičiama gamyba: industrializacijos raktas slypi tame, kaip integruoti vario putas su elektrodų srutos užpildu ir kieto elektrolito sluoksnius, kad būtų užtikrinta nuolatinė ir maža masinė gamyba.

4. Sąsajos optimizavimas: norint užtikrinti stabilią, mažo{1}}varumo sąsają tarp vario putų, ličio metalo ir kieto elektrolito, reikia atlikti tolesnį-nuodugnų tyrimą.

Apibendrinant galima pasakyti, kad vario putplastis, turintis unikalią trimatę{0}}porėtą struktūrą, atlieka „daugia{1}}funkcinį pagrindą“ kietojo-/pus{3}}kietojo kūno-baterijoms. Tai ne tik srovės kolektorius, bet ir „idealus namas“ ličio metalui, „greitai“ didelės-talpos elektrodams ir „sustiprinantis karkasas“ kietiems elektrolitams, todėl tai yra viena iš pagrindinių medžiagų, skatinančių naujos -kartos didelio-saugumo, didelio{9}}energijos{101}{101}