После промышленной революции доступ общества к недорогостоящим и надежным источникам энергии стал краеугольным камнем растущего процветания и экономического роста. Ископаемые виды топлива в настоящее время обеспечивают большую часть наших энергетических потребностей, однако их неизбежные долгосрочные последствия ставят под сомнение обеспечение будущих поколений человечества. Источники энергии должны удовлетворять потребности нынешнего поколения без ущерба для способности будущих поколений удовлетворять свои собственные энергетические потребности.
Действительно, энергетика в 21 веке должна быть устойчивой, иначе будущие поколения столкнутся с будущим, лишенным энергетической безопасности.
Включая пагубные последствия изменения климата, эти серьезные проблемы должны заставить искать устойчивые источники энергии с минимальными выбросами парниковых газов. Миру нужна еще одна промышленная революция, которая обеспечила бы нас недорогими, доступными, устойчивыми и экологичными источниками энергии.
За последние десятилетия достигнут значительный прогресс в разработке альтернативных технологий сбора урожая и использования чистой, устойчивой энергии (солнечная энергия, энергия ветра, энергия биомассы и водородная энергия). Тем не менее, эти системы нуждаются в энерго аккумулирующих устройствах из-за неустойчивого производства и потребления энергии.
Например, потребление электроэнергии, как правило, неравномерно, и возникают пиковые и вне пиковые колебания нагрузки. Хранение избыточной электроэнергии вне пика и ее высвобождение в пиковый период может сэкономить значительное количество энергии. Электрохимические устройства хранения и преобразования энергии, такие как аккумуляторы, являются привлекательными технологиями для обслуживания этих связанных с энергетикой усилий.
По сути, их КПД превышает ограничения Кар нота в механических двигателях, поскольку электрохимические процессы не предполагают преобразования тепловой энергии в механическую. В дополнение к хранению энергии из возобновляемых источников портативное, развлекательное, компьютерное и телекоммуникационное оборудование требует энергетических технологий с наилучшей плотностью энергии, а также отсутствия эффекта памяти в старых моделях аккумуляторов и незначительной саморазрядки.
В настоящее время учеными изучается возможность использования в будущем транспортных средствах, таких как встраиваемые гибридные автомобили, батареи с высокой плотностью энергии для полной коммерциализации.
Одной из важнейших задач в области электрохимии и исследований в области энергетики является поиск новых аккумуляторных химикатов, обладающих мощностью и гравиметрической плотностью, сопоставимыми с двигателями внутреннего сгорания.
Среди электрохимических устройств хранения и преобразования энергии литий ионные батареи (ЛИБ) являются предпочтительным выбором для повсеместно распространенных электронных устройств из-за их высокой плотности энергии и снижения стоимости. Хотя все коммерческие ЛИБ в настоящее время используют обычные графитовые аноды, их энергетическая емкость, однако, ограничена из-за ограничения в механизме интерполирования лития в графите, который может вмещать только один ион лития на каждые шесть атомов углерода.
Перспективы анодов большой емкости для следующего поколения ЛИБ, безусловно, радужны, поскольку существует множество материалов различной композиции и морфологии, которые были изучены учеными и доказали, что обладают отличными свойствами хранения лития. Например, аноды на геологической основе обеспечивают значительное увеличение мощности по сравнению с обычными графитовыми электродами, лучшие свойства переноса электронов и более быструю кинетику вставки или разгрузки Li, чем Si, и имеют благоприятное, изо трофического расширения при циклировании.
Основная проблема, однако, заключается в том, как решить материальные и технические вопросы, связанные с изменениями больших объемов, которые происходят во время цикла лито сжигания обезвреживания, в дополнение к агрегации в случае NPs и стабилизации SEI.
Большинство исследований ученых, о которых сообщалось были посвящены методам синтеза различных геологических анодов и их воздействию на электрохимические свойства этих материалов в ЛИБ. Небольшое меньшинство, однако, сосредоточилось на механизме лидирования и на том, как более глубокое фундаментальное понимание может быть преобразовано в рационально разработанные анодные материалы ЛИБ.