Novità del settore

Miglioramento delle batterie agli ioni di litio ad alta energia con riempimento in carbonio

2021-07-22


Elettrodi spessi con nanotubi di carbonio a parete singola (SWCNT) per sistemi di accumulo di energia scalabili. Credito: Zhengyu Ju e Guihua Yu

 

Le batterie agli ioni di litio sono la principale fonte di alimentazione ricaricabile per molti dispositivi portatili e veicoli elettrici, ma il loro uso è limitato, perché non forniscono un'elevata potenza e allo stesso tempo consentono l'accumulo di energia reversibile. La ricerca riportata in Applied Physics Reviews mira a offrire una soluzione mostrando come l'inclusione di riempitivi conduttivi migliora le prestazioni della batteria.

 

Il design ottimale della batteria prevede uno spessoreelettrodostrutture. Questo migliora ildensita 'energia, but the design suffers from poor lithium-ion transport, a key step in the functioning of these elettrodos. Various improvement techniques have been tried, including building vertically aligned channels or creating pores of the proper size to facilitate transport of the lithium ions.

 

Un altro approccio prevede l'uso di cariche a base di carbonio che conducono elettricità. Questo studio ha preso in considerazione tre tipi di riempitivi: nanotubi di carbonio a parete singola (SWCNT), nanofogli di grafene e una sostanza nota come Super P, un tipo di particelle di nerofumo prodotte durante l'ossidazione dei precursori del petrolio. Super P è il riempitivo conduttivo più comunemente usato inbatterie agli ioni di litio.

 

The fillers were added to a type of elettrodo material known as NCM that contains nickel, cobalt, and manganese. The investigators examined the resulting composites with scanning electron microscopy. The Super P and NCM particles were found to be arranged in a point-to-point contact mode.

 

Gli SWCNT sono stati, tuttavia, avvolti attorno alle particelle NCM, formando un rivestimento conduttivo. Inoltre, sono state osservate reti di SWCNT interconnessi negli spazi tra le particelle NCM. Ilnanofogli di grafene were also wrapped around the NCM elettrodo particles but not as uniformly as the SWCNTs were.

 

The SWCNTs were found to be the best conductive filler for NCM elettrodos.

 

"La conduttività misurata è coerente con la teoria della percolazione ... Quando un riempitivo elettricamente conduttivo viene aggiunto a una matrice isolante, si verificheranno aumenti significativi della conduttività una volta formato il primo percorso conduttivo attraverso il composito", ha affermato Guihua Yu, uno degli autori .

 

Since percolation requires a complete pathway through the filler, a sufficient amount of conductive filler is needed. Therefore, the investigators considered various amounts of filler and found that combining NCM elettrodos with as little as 0.16% by weight of SWCNT produced good electrical conductivity. Higher amounts of Super P and graphene were required to achieve these same results.

 

I ricercatori hanno utilizzato diverse tecniche spettroscopiche, inclusa la spettroscopia Raman e di assorbimento dei raggi X, per studiare i compositi risultanti.

 

"This is a collaborative effort from the Center for Mesoscale Transport Properties, an Energy Frontier Research Center supported by the U.S. Department of Energy Basic Energy Sciences program. Our findings suggest that the integration of SWCNTs into the NCM elettrodo facilitate ion and charge transfer. This will lead to higher electrochemical utilization, especially at high rates of discharge," Yu said.