Наножична батерија
Наножична батерија користи наножице да повећа површину једне или обе своје електроде, што побољшава капацитет батерије. Неки дизајнови (силицијум, германијум и оксиди прелазних метала), варијације литијум-јонске батерије су најављени, иако ниједан није комерцијално доступан. Сви концепти замењују традиционалну графитну аноду и могу побољшати перформансе батерије. Сваки тип батерија са наножицом има специфичне предности и недостатке, али свима њима заједнички изазов је њихова крхкост.[1]
Силицијум
[уреди | уреди извор]Силицијум је атрактиван материјал за примену као аноде за литијумске батерије због свог потенцијала пражњења и високог теоретског капацитета пуњења (десет пута већег од оног код типичних графитних анода које се тренутно користе у индустрији). Наножице би могле побољшати ова својства повећањем количине расположиве површине у контакту са електролитом, повећањем густине снаге аноде и омогућавањем бржег пуњења и пражњења. Међутим, силицијум набубри и до 400% јер се легира са литијумом током пуњења, што доводи до његовог лома. Ово проширење запремине се дешава анизотропно, узроковано ширењем пукотине непосредно након покретног фронта литијације. Ове пукотине доводе до уситњавања и значајног губитка капацитета који је приметан у првих неколико циклуса.[2]
Наножице могу помоћи у ублажавању проширења запремине. Мали пречник нано жице омогућава побољшано прилагођавање промена запремине током литирања. Још једна предност је да, пошто су све наножице причвршћене за колектор струје, могу послужити као директни путеви за транспорт пуњења. Насупрот томе, у електродама заснованим на честицама, наелектрисања су приморана да се крећу од честице до честице, што је мање ефикасан процес. Силицијумске наножице имају теоретски капацитет од отприлике 4.200 мАх г−1, већи од оних других облика силицијума и много већи од графита (372 мАх г−1).[3]
Као и графитне аноде, силицијумске аноде формирају слојеве пасивације (интерфазе чврстог електролита) на својим површинама током првог циклуса пуњења. Облагање силицијумских наножица угљеником може побољшати стабилност ових слојева.[4]
Допинг нечистоћа, као што су фосфор или бор, у аноду од наножице такође може побољшати перформансе повећањем проводљивости.[5]
Германијум
[уреди | уреди извор]Тврдило се да анода која користи германијумску наножицу има способност да повећа густину енергије и трајност циклуса литијум-јонских батерија. Као и силицијум, германијум има висок теоретски капацитет (1600 мАх г−1), шири се током пуњења и распада након малог броја циклуса.[6][7] Међутим, германијум је 400 пута ефикаснији у интеркалирању литијума од силицијума, што га чини атрактивним анодним материјалом. За аноде се тврдило да задржавају капацитет од 900 мАх/г након 1100 циклуса, чак и при брзинама пражњења од 20-100Ц. Овај учинак се приписује реструктурирању наножица које се дешава у првих 100 циклуса да би се формирала механички робусна, континуирано порозна мрежа. Једном формирана, реструктурирана анода након тога губи само 0,01% капацитета по циклусу.[8] Материјал формира стабилну структуру након ових почетних циклуса која је способна да се одупре пулверизацији. Године 2014, истраживачи су развили једноставан начин за производњу наножица од германијума из воденог раствора.[9]
Референце
[уреди | уреди извор]- ^ Боурзац, Катхерине (2. 5. 2016). „А наноwире баттерy тхат wон'т дие”. Цхемицал & Енгинееринг Неwс.
- ^ Лиу, X. Х.; Зхенг, Х.; Зхонг, L.; Хуанг, С.; Карки, К.; Зханг, L. Q.; Лиу, Y.; Кусхима, А.; Лианг, W. Т.; Wанг, Ј. W.; Цхо, Ј. Х.; Епстеин, Е.; Даyех, С. А.; Пицрауx, С. Т.; Зху, Т.; Ли, Ј.; Сулливан, Ј. П.; Цумингс, Ј.; Wанг, C.; Мао, С. X.; Yе, З. З.; Зханг, С.; Хуанг, Ј. Y. (2011). „Анисотропиц Сwеллинг анд Фрацтуре оф Силицон Наноwирес дуринг Литхиатион”. Нано Леттерс. 11 (8): 3312—3318. Бибцоде:2011НаноЛ..11.3312Л. ПМИД 21707052. дои:10.1021/нл201684д.
- ^ Схао, Гаофенг; Ханаор, Дориан А. Х.; Wанг, Јун; Кобер, Делф; Ли, Схуанг; Wанг, Xифан; Схен, Xиаодонг; Бекхеет, Магед Ф.; Гурло, Александер (2020). „Полyмер-Деривед СиОЦ Интегратед wитх а Грапхене Аерогел ас а Хигхлy Стабле Ли-Ион Баттерy Аноде”. АЦС Апплиед Материалс & Интерфацес. 12 (41): 46045—46056. ПМИД 32970402. С2ЦИД 221915420. арXив:2104.06759
. дои:10.1021/ацсами.0ц12376.
- ^ Парк, M. Х.; Ким, M. Г.; Јоо, Ј.; Ким, К.; Ким, Ј.; Ахн, С.; Цуи, Y.; Цхо, Ј. (2009). „Силицон Нанотубе Баттерy Анодес”. Нано Леттерс. 9 (11): 3844—3847. Бибцоде:2009НаноЛ...9.3844П. ПМИД 19746961. дои:10.1021/нл902058ц.
- ^ Цхакрапани, Видхyа (2012). „Силицон наноwире аноде: импровед баттерy лифе wитх цапацитy-лимитед цyцлинг”. Јоурнал оф Поwер Соурцес. 205: 433—438. дои:10.1016/ј.јпоwсоур.2012.01.061.
- ^ Мон, 02/10/2014 - 1:09пм (2014-02-10). „Ресеарцхерс маке бреактхроугх ин баттерy тецхнологy”. Рдмаг.цом. Приступљено 2014-04-27.
- ^ Цхан, C. К.; Зханг, X. Ф.; Цуи, Y. (2008). „Хигх Цапацитy Ли Ион Баттерy Анодес Усинг Ге Наноwирес”. Нано Леттерс. 8 (1): 307—309. Бибцоде:2008НаноЛ...8..307Ц. ПМИД 18095738. дои:10.1021/нл0727157.
- ^ Кеннедy, Т.; Муллане, Е.; Геанеy, Х.; Осиак, M.; о’Дwyер, C.; Рyан, К. M. (2014). „Хигх-Перформанце Германиум Наноwире-Басед Литхиум-Ион Баттерy Анодес Еxтендинг овер 1000 Цyцлес Тхроугх ин Ситу Форматион оф а Цонтинуоус Пороус Нетwорк”. Нано Леттерс. 14 (2): 716—23. Бибцоде:2014НаноЛ..14..716К. ПМИД 24417719. дои:10.1021/нл403979с. хдл:10344/7364 .
- ^ Симплер процесс то гроw германиум наноwирес цоулд импрове литхиум-ион баттериес, Миссоури С&Т, 28 Аугуст 2014, Андреw Цареага
Литература
[уреди | уреди извор]- „Станфорд'с наноwире баттерy холдс 10 тимес тхе цхарге оф еxистинг онес”. Станфорд Неwс Сервице. 2007-12-18. Архивирано из оригинала 2008-02-01. г.
- „Наноwире баттерy цан холд 10 тимес тхе цхарге оф еxистинг литхиум-ион баттерy”. Станфорд Неwс Сервице. 2007-12-18.
- „Наноwире баттерy холдс 10 тимес тхе цхарге оф еxистинг онес”. Пхyсорг.цом. 2007-12-18.
- Цхан, ЦК; Пенг, Х; Лиу, Г; МцИлwратх, К; Зханг, XФ; Хуггинс, РА; Цуи, Y (2007-12-16). „Хигх-перформанце литхиум баттерy анодес усинг силицон наноwирес”. Натуре Нанотецхнологy. 3 (1): 31—5. Бибцоде:2008НатНа...3...31Ц. ПМИД 18654447. дои:10.1038/ннано.2007.411.
- „А Схорт Интродуцтион то Литхиум-Ион Баттериес”. Амприус. 2009-12-11. Архивирано из оригинала 2009-12-21. г.