С учетом переноса ионов и электронов методом одного горшка были синтезированы биметаллические иерархические мезопористые нанопровода Li3V2(PO4)3/C (LVP/C-M-NWs).
Такая новая архитектура LVP/C-M-NWs обеспечивает электронные/ионные пути и большую площадь контакта электрода с электролитом для быстрой диффузии Li+ и транспорта электрона. Между тем, прочная структура облегчила релаксацию деформации при длительном цикле.
Являясь катодом для LIB, LVP/C-M-NW показали выдающиеся высокоскоростные и ультрадолговечные характеристики с сохранением емкости 80,0% после 3000 циклов при 5 C. Даже при 10 C он все еще обеспечивает 88,0% своей теоретической емкости.
Помимо ограничения самоагрегации и улучшения проводимости, изготовление разветвленных гетероструктурных нанопроволок можно рассматривать как реальный метод повышения эффективности хранения энергии. Разветвленные нанопровода могут снизить агрегирование и обеспечить более широкие пути диффузии лития, а также повысить электропроводность.
Кроме того, гетероструктуры представляют собой более сложную форму внешней конструкции и обеспечивают лучшую устойчивость к циклическим нагрузкам и способность к циклическим нагрузкам за счет синергетического эффекта материалов, из которых изготовлены магистральные и разветвленные провода, что означает сочетание характеристик и преимуществ различных электродных материалов. В разветвленных наногетероструктурных нанопроволоках Si/TiSi2 используется высокая проводимость и структурная целостность внутреннего неактивного сердечника, что позволяет воспроизводимое введение и извлечение Li+ в и из внешнего Si-покрытия.
В этой структуре Si действовал как активный компонент для хранения и выделения Li+, в то время как TiSi2 служил как неактивный компонент для поддержки Si и облегчения транспортировки заряда.
Различия между их электрохимическими потенциалами в реакции с Li+ позволили выбрать рабочие потенциалы для сохранения TiSi2 в целости и сохранности, что привело к хорошей стабильности циклов. Чжоу и др. сообщили о синтезе новой шестикратно симметричной разветвленной нано-гетероструктуры, состоящей из нанопроволочной основы SnO2 и ветвей наностержня α-Fe2O3, путем совмещения осаждения на основе паротранспорта и легкого гидротермического метода.
Разветвленные нано-гетероструктуры показали заметно улучшенную исходную разрядную способность 1167 мАч/г, что почти в два раза больше, чем у нанопроволок SnO2 (612 мАч/г) и наностержней α-Fe2O3 (598 мАч/г). Кроме того, композитный электрод продемонстрировал лучшее сохранение исходной емкости - 69,4% по сравнению с 56,1% для наностержней α-Fe2O3 и 43,6% для нанопроволок SnO2.
Улучшение можно объяснить синергетическим эффектом между α-Fe2O3 и SnO2, а также уникальной особенностью разветвленных наноструктур, которые обеспечивают увеличенные удельные площади поверхности.
Нанопроволочные электроды для литиевых батарей нового поколения
Плотность энергии LIB в последние годы быстро растет, но все еще не может удовлетворить растущие потребности. Таким образом, существуют требования к некоторым технологиям "помимо литий-ионных" аккумуляторов, которые могут обеспечить достаточную емкость для хранения энергии. Литий-ионные и литий-ионные аккумуляторные батареи представляются наиболее перспективными технологиями, которые могли бы обеспечить значительно увеличенную емкость для хранения энергии. Поэтому в последние годы во всем мире наблюдается сильный интерес к литий-ионным и литий-ионным аккумуляторным батареям.
В последнее время литий-ионно-воздушные батареи привлекают к себе повышенное внимание благодаря высокой теоретической гравиметрической (2500 Вт кг-1) и объемной (2800 Вт L-1) плотности энергии и на порядок большей емкости (1675 мАч g-1) по сравнению с обычными LIB. В процессе разряда Li-S батарей серно-серные связи расщепляются, открывая кольцо S8, образуя различные полисульфиды, которые в сочетании с Li+ в конечном итоге образуют Li2S.
После десятилетий разработки, Li-S батареи все еще не могут отвечать требованиям серийного производства и коммерциализации.
Существует несколько проблем, которые ограничивают развитие Li/S батарей.
- Во-первых, изменение объема сернистых частиц при разряде/заряде приводит к распылению активных материалов и, как следствие, к распаду емкости.
- Во-вторых, изолированность серы и Li2S вызывает низкие электрохимические показатели.
- В-третьих, внутреннее челночное явление, вызываемое растворимыми полисульфидами, приводит к необратимой потере емкости и низкой кулоновской эффективности.
Продолжение...
