Новый подход к созданию быстрой зарядки литий-ионных батарей с помощью анода на основе графита

Изготовление P-S-Graphite.A - C, MD моделирование поведения осаждения чисто P (A) Pure S (B) и гибрида S/P (C) на аморфном углероде.(d) Схема механизма образования P-S-Graphite.S может облегчить однородное p осаждения на графит.E, SEM-изображения нетронутого графита и P-S-Graphite.(F) HRTEM изображение P-S-Graphite.Кредит: Tu et al.(Nature Energy, 2023).

Литий-ионные батареи (LIBS) в настоящее время являются самыми распространенными батареями по всему миру, питающие большинство электроники, которые мы используем каждый день.Определение масштабируемых методов для увеличения скорости, с которой эти батареи заряжаются, является одной из основных целей в поле энергии, поскольку это не потребует переключения на совершенно новые композиции батареи.

Исследователи из Технологического университета Хуажонга в Китае недавно представили новую стратегию для разработки быстрого зарядки LIBS, содержащих материал на основе графита.Их предложенный дизайн аккумулятора, изложенная в статье, опубликованной в Nature Energy, была обнаружена, которая успешно ускоряет время зарядки LIBS, а также позволяет им сохранить большую часть своих возможностей даже после того, как они взимаются тысячи раз.

«Li+ Desolvation в электролитах и диффузии на межфазном интерфазе твердого электролита (SEI)-это два определения шага, которые ограничивают быструю зарядку литий-ионных батарей на основе графита»,-написали Шуибин Ту, Бао Чжан и их коллеги.

«Мы показываем, что структура сольватации LI+ с низким равенством может быть вызвана вблизи внутренней плоскости Helmholtz на неорганических видах. В частности, Li3p может позволить более низкому барьеру Li+ Desolvation и более быстрой способности Li+ Diffusion через SEI по сравнению с регулярными компонентами SEI и более быстрой диффузии Li+ через SEI по сравнению с обычными компонентами SEI и более быстрой диффузии Li+ через SEI по сравнению с регулярными компонентами SEI и более быстрой диффузии Li+ через SEI по сравнению с регулярными компонентами SEI и более быстрой диффузии Li+ через SEI по сравнению с регулярными компонентами SEI и более быстрой диффузии Li+ через. ”

По сути, исследователи провели серию тестов, чтобы оценить, как различные компоненты интерфейса (SEI) с твердым электролитом влияют на так называемую структуру сольватации LI+, что, в свою очередь, может уменьшить время, необходимое для зарядки батареи.В конечном счете, они определили комбинацию материалов, которые могли бы повысить эффективность так называемого процесса Desolvation LI+, позволяя быстро миграцию ионов LI+ по всему SEI.

Затем команда определила многообещающий анод, основанный на материале, получившем дублированный P-S Graphite, который состоит из ультратонкого слоя фосфора на поверхности графита.Они сфабриковали эти аноды и интегрировали их в ячейки LIB, чтобы затем оценить их эффективность экспериментально.

«Мы строим ультратонкий S-мостичный слой фосфора на поверхности графита, который in situ превращается в кристаллический SEI на основе Li3p с высокой ионной проводимостью»,-писали Ту, Чжан и их коллеги.«Наши мешочковые ячейки с таким графитовым анодом показывают зарядку 10 мин и 6 мин (6C и 10C) за 91,2% и 80% от мощности соответственно, а также на 82,9% задержки пропускной способности для более чем 2000 циклов с частотой зарядки 6C.”

В целом, статья TU, Zhang и их коллег подчеркивает ключевую роль компонентов SEI и структурных соображений в влиянии на скорость, с которой заряжаются либеральные клетки.В будущем их предлагаемый подход и их многообещающие экспериментальные результаты могут способствовать развитию все более быстрого зарядки и долговечных LIB, которые могут помочь удовлетворить насущные требования электроники.

«Наша работа подчеркивает важность межфазной химии для структуры сольватации LI+ и формирования SEI и может служить руководством для разработки эффективных компонентов SEI для быстрого зарядки LIB»,-заключают исследователи в своей статье.

Больше информации: Shuibin Tu и др., Быстро зарядная способность литий-ионных батарей на основе графита, включенных с помощью кристаллической твердое-электролит-интерфазы на основе LI3P, природа энергии (2023).Doi: 10.1038/s41560-023-01387-5