Starp enerģijas pārejas vilni inovācija akumulatoru tehnoloģijā ir kļuvusi būtiska, lai virzītu attīstību daudzās jomās. Silīcijs - Oglekļa anoda materiāli, augoša zvaigzne litijā -} jonu akumulatora anoda materiāli, pakāpeniski parādās, piedāvājot jaunu cerību uzlabot akumulatoru un sadalīties caur esošajiem enerģijas blīvuma sašaurinājumiem. Viņu attīstība piesaista ievērojamu uzmanību.
I. Silīcija pārskats - oglekļa anoda materiāli
I) Definīcija un kompozīcija
Silīcija - Oglekļa anoda materiāli ir jauni anodu materiāli, kas veidojas, konkrētā veidā apvienojot silīciju (SI) un oglekļa materiālus. Silīcijs ar ārkārtīgi augsto teorētisko specifisko ietilpību (aptuveni 4200 mAh/g), kas ievērojami pārsniedz tradicionālo grafīta anoda materiālu (teorētiskā specifiskā ietilpība aptuveni 372 mAh/g), padarot to par ideālu izvēli akumulatora enerģijas blīvuma palielināšanai. Tomēr silīcijam ir daudz vairāk nekā 300% vairāk nekā 300% lādēšanas un izlādes laikā, kas ir trūkums, kas nopietni ierobežo tā praktisko pielietojumu baterijās. No otras puses, oglekļa materiāliem ir lieliska vadītspēja, stabilitāte un zināma elastība. Apvienojot tos ar silīciju, efektīvi mazina silīcija tilpuma izmaiņas un uzlabo elektrodu struktūras stabilitāti. Abi materiāli papildina viens otru un kopā veido silīcija sistēmu - oglekļa anoda materiālus.
Ii) attīstības fons
Strauji attīstoties tehnoloģijai, dažādas elektroniskās ierīces un jauni enerģijas transportlīdzekļi izvirza arvien lielākas prasības akumulatora veiktspējai, piemēram, enerģijas blīvumam un diapazonam. Pēc gadu attīstības tradicionālo grafīta anoda materiālu veiktspēja ir sasniegusi tās teorētiskās robežas, apgrūtinot tirgus pieprasījumu pēc turpmākiem akumulatora veiktspējas uzlabojumiem. Uz šī fona zinātnieki ir pievērsuši uzmanību silīcija - balstītiem materiāliem un, nepārtraukti izpētot, ir izstrādājuši silīcija - oglekļa anoda materiālus, cerot sadalīt strupceļu akumulatora veiktspējas uzlabošanā un virzīt saistīto nozari jaunā attīstības posmā.
II. Silīcija - oglekļa anoda materiālu tehniskās priekšrocības
I) Augstas enerģijas blīvums
Kā minēts iepriekš, augstā silīcija specifiskā ietilpība ļauj silīcija - oglekļa anoda materiāliem vairāk litija jonu uzglabāt baterijās, ievērojami uzlabojot akumulatora enerģijas blīvumu. Salīdzinot ar tradicionālajām grafīta anoda baterijām, baterijas, kas aprīkotas ar silīciju - Oglekļa anoda materiāli, var sasniegt lielāku enerģijas blīvumu, nodrošinot ilgāku -, kas ilgst elektronisko ierīču akumulatora darbības laiku un ilgāku braukšanas diapazonu elektriskajiem transportlīdzekļiem. Tas efektīvi mazina bažas par nepietiekamu akumulatora jaudu elektroniskajās ierīcēs un elektrisko transportlīdzekļu "diapazona trauksmi".
(2) Uzlabota zema - temperatūras veiktspēja
Pētījumi parādīja, ka silīcija - oglekļa anoda materiāli zemā temperatūrā uzrāda labāku ciklošanas stabilitāti nekā grafīta anoda materiāli. Aukstās ziemās mobilie tālruņi un elektriskie transportlīdzekļi, izmantojot silīcija - Oglekļa anoda materiālus, var efektīvi mazināt ātrās akumulatora aizplūšanas problēmu, nodrošinot, ka ierīces var normāli darboties zemā - temperatūras vidē, ievērojami uzlabojot lietotāja pieredzi.
(3) atvieglo ātru uzlādi
Uzlādes procesa laikā litija joni, kas galvenokārt iegulti silīcija un pēc tam grafīta interlānos. Šī silīcija īpašība - oglekļa anoda materiāli palielina anoda vidējo potenciālu un samazina litija pārklājuma varbūtību, atvieglojot ātru uzlādi un izpildot lietotāju prasības ātrai akumulatora papildināšanai.
Oglekļa anoda materiālu sagatavošanas process
(I) Mehāniskā bumbiņas frēzēšana
Mehāniskā lodīšu frēzēšana ir salīdzinoši tradicionāla sagatavošanas metode. Tas ietver izejvielu, piemēram, silīcija pulvera un oglekļa pulvera, ievietošanu lodīšu dzirnavās. Augstā - slīpēšanas bumbiņu ātruma griešana liek izejvielu daļiņu sadursmei, sajaukšanai un pilnveidošanai, tādējādi sasniedzot silīcija un oglekļa kompozītu. Šī metode ir samērā vienkārša un zema - izmaksu, taču tā cieš no tādiem jautājumiem kā slikta sajaukšanas vienveidība un grūtības precīzi kontrolēt daļiņu lielumu, kā rezultātā iegūtā silīcija - oglekļa anoda materiāls ir ierobežota veiktspējas stabilitāte.
(Ii) Ķīmisko tvaiku nogulsnēšanās (CVD)
Pēdējos gados pakāpeniski ir parādījušies jaunas paaudzes sagatavošanas procesi, kurus pārstāv CVD. CVD silāna gāze tiek pirolizēta augstā temperatūrā, kā rezultātā silīcija nanodaļiņu izgulsnēšana un vienmērīga izkliedēšana porainas oglekļa porās. Šis porainais oglekļa sistēma ne tikai ievērojami mazina silīcija izplešanos uzlādes un izlādes laikā, bet arī nodrošina ceļus ātrai litija jonu transportēšanai, efektīvi uzlabojot materiāla ātro - uzlādes veiktspēju.
Silīcija - Oglekļa negatīvā elektrodu materiāli, kas sagatavoti ar CVD metodi, ir zema izplešanās ātruma, lieliska cikla veiktspējas un lielāka enerģijas blīvuma priekšrocības, un tie tiek uzskatīti par galveno sagatavošanas ceļu nākamajai silīcija paaudzei -} oglekļa negatīvo elektrodu materiāliem.