Chương ỨNG DỤNG VẬT LIỆU NANO TRONG PIN Mở đầu Các loại pin sạc (rechargeable battery) khác phát triển nhiều năm qua chúng thương mại hóa nhiều lĩnh vực tùy thuộc vào tính chất chúng Tuy nhiên, pin sạc chưa thể thay loại pin thông thường (không sạc) giá thành cao, mật độ lượng không đạt yêu cầu, nguồn thấp, đặc biệt thời gian sạc lâu Việc tăng nhanh nhu cầu sử dụng thiết bị truyền thông cầm tay, điện thoại di động, máy tính xách tay làm tăng yêu cầu pin sạc Đứng trước nhu cầu này, pin phải cải thiện theo hướng: nhẹ hơn, thời gian hoạt động lâu hơn, sạc nhanh giá thành thấp Trong thập kỷ qua, pin Lithium-ion (Li-ion) lên thiết bị mong muốn so với yêu cầu Nó có mật độ nguồn lượng cao số pin sạc (Hình 3.1) thời gian hoạt động dài tương đối Hình 3.1 Một so sánh mật độ lượng công suất pin sạc thông thường cho thấy ưu pin Li-ion Cùng lúc với nhu cầu pin sạc cho thiết bị cầm tay, thị trường tiềm pin sạc cho phương tiện giao thông xe đạp điện, ô tô Các phương tiện thân thiện với môi trường phụ thuộc vào giá xăng dầu Tuy nhiên, thị trường phương tiện giao thông thành thực phương tiện trở thành ưu tiên cho việc lại cá nhân, giá thành lực phương tiện cần phải cải tiến để cạnh tranh với phương tiện truyền thống Các phép đo quan trọng lực phương tiện liên quan đến pin bao gồm: khoảng cách (chặng đường xe tương ứng lần sạc), lượng (tốc độ tối đa khả tăng tốc), an toàn (vỡ pin, đặc biệt va chạm nhau), tính tiện ích (thời gian sạc, không gian cho hành khách để hành lý), giá thành chắn Pin tim hệ thống chuyển động, đóng vài vai trò quan trọng tất đặc điểm này, chúng định tính chất vật liệu làm pin cách chế tạo vả thiết kế pin Các yêu cầu pin Khoảng cách xem tiêu chuẩn quan trọng phương tiện chạy điện Để hiểu điều này, việc định lượng lượng điện cho pin lưu trữ để chạy đoạn đường tương ứng với xe thông thường cần thiết Hiện tại, khoảng 20% lượng xăng bơm vào động đốt ô tô tiêu chuẩn chuyển thành lượng hữu ích cho chuyển động xe chạy thành phố Một ô tô điển Chevrolet Mabilu 2011 hay Ford Fusion, chứa 65 lít xăng 612 km Theo tiêu chuẩn Viện tiêu chuẩn công nghệ quốc gia Mỹ, cân lượng xăng (3,8l = 33,41 kwh), xe điển hình mang bình xăng chứa 568 kwh (20% 568 kwh) cho việc di chuyển, tương ứng với 186,3 wh/km Đây tiêu thụ lượng tổng để hoạt động một xe thông thường Hiện có nhiều nghiên cứu để làm tăng hiệu suất xe theo hướng giảm lượng nhu cầu đơn vị quảng đường Đầu lượng pin lượng cung cấp cho chuyển động liên quan đến hiệu suất xe điện Thông thường, hiệu suất chuyển hóa lượng xe điện cao, lớn 90% Vì thế, với xe có hiệu suất 90%, pin cho xe tiêu chuẩn phải có dung lượng 106 kwh (= 95/0,9) Thông thường, cửa sổ hoạt động pin phần (khoảng 70%) dung lượng nạp (charged) phóng điện (discharged) hoàn toàn để tránh nạp/phóng điện sâu làm giảm tuổi thọ pin Vì thế, dung lượng lưu trữ pin cần 151 kwh Một so sánh mức độ hệ thống xe điện truyền thống góc độ tiêu thụ lượng tính từ lượng điện cần để sạc pin cho xe chạy 612 km Đối với xe thông thường, điểm bắt đầu tính xăng cung cấp bơm khí Thậm chí, mức độ so sánh hệ thống cao bắt đầu tính với nhiên liệu hóa thạch xe thông thường nguồn lượng sinh hệ thống điện để sạc xe điện Trong pin, lượng trao đổi với môi trường xung quanh electron chuyển hai điện cực ngang qua chênh lệch Mối quan hệ mật độ lượng điện cực (E), ngang trung bình điện cực (V ere), dung lượng tích điện riêng anốt (C A) catốt (CC) biểu diễn quan hệ sau: E = Veve / (1/ CA + 1/CC) (1) Hình 3.2b mối quan hệ khả lưu trữ điện vật liệu anốt catốt dung lượng lượng pin, theo phương trình (1) thay đổi C A Từ phương trình này, vật liệu điện cực ứng dụng hiệu C A CC gần Việc sinh dòng pin Li-ion với vật liệu graphit làm anốt có dung lượng lưu trữ điện 0,384 Ah/g Một vật liệu catốt có dung lượng 1,11Ah/g cần để tạo pin Li-ion 1wh/g, 35V Điều vượt khỏi vật liệu catốt oxit kim loại biết Vì thế, cấu tử pin không đáp ứng đích yêu cầu xe điện Đối với vật liệu anốt graphit silic, giá trị C A lí thuyết tương ứng 372 3.579 mAh/g catốt LiCoO có CC = 135 mAh/g Hình 5.2b cải thiện lớn dung lượng tế bào tổng xảy tăng dung lượng riêng anốt đến 1,25Ah/g Các điện cực anốt dựa Si có dung lượng lưu trữ > 3,5Ah/g Nếu vật liệu catốt có dung lượng lưu trữ khoảng 0,8Ah/g tìm thấy, pin xây dựng đáp ứng yêu cầu khoảng cách, xe điện cạnh tranh với xe thông thường yêu cầu nguồn điện, giá an toàn đáp ứng Hình 3.2 Các sở pin Li-ion Một pin thông thường chuyển lượng hóa học thành lượng điện nhờ phản ứng hóa học điều khiển mặt nhiệt động Riêng pin sạc, chuyển hóa thuận nghịch Phản ứng tổng chia thành hai nửa phản ứng, nửa phản ứng bao gồm phản ứng với Li loại Li, ion Li từ vật liệu hoạt động Khi chuyển hóa, phản ứng khử (thu eletron ion Li) xảy catốt, trình oxy hóa (mất electron ion Li) xảy anốt phản ứng phóng điện pin để cung cấp lượng Để điều khiển tốc độ chuyển electron, catốt phải cách li mặt vật lí điện anốt sử dụng môi trường dẫn ion cách điện, cách điển hình, chất điện giải polyme lỏng Thông thường chất phân cách cách điện, xốp sử dụng để tách học hai điện cực tránh ngắt mạch Phản ứng hóa học tổng ứng dụng sinh dòng pin Li-ion là: 0,5 Li + Li1.5Co2O4 ↔ 2LiCoO2 Ở trạng thái nạp bão hòa, Li lưu vật liệu anốt (như graphit chẳng hạn) Trong trình hoạt động, Li chuyển từ anốt qua chất điện giải đến catốt dạng ion Li chèn vào catốt (chẳng hạn Li 1.5Co2O4) Đồng thời electron từ anốt (oxi hóa) chuyển qua mạch ngoài, tạo dòng cho nguồn vào catốt Quá trình phóng điện tiếp tục đến chênh lệch hai điện cực trở nên thấp, thời điểm pin phóng điện hoàn toàn Quá trình thuận nghịch trình nạp điện Trong chu kỳ đầu pin, màng mỏng, biết chất phân cách pha điện giải rắn (SEI), tạo lúc bề mặt điện cực phân hủy chất điện giải Màng mỏng thường cách điện dẫn ion Sự tạo thành lớp xảy chủ yếu anốt graphit, hoạt động chất điện giải không bền nhiệt động (ít 600mV với cặp Li/Li+), tạo kết hợp dị thể phức pha lớp có nhiều bề mặt phân cách thứ cấp Thành phần tính chất SEI thay đổi với hệ thống điện cực/chất điện giải điều kiện hoạt động khác nhau, nhà khoa học tập trung nghiên cứu cấu trúc phân cách pha động học điện hóa Trong anốt graphit thông thường, phát triển SEI xảy chu kỳ trình nạp/phóng điện để tạo lớp thụ động bền Tuy nhiên, hệ thống anốt chứa kim loại thuộc hệ tiếp theo, hình thái SEI thay đổi khác nhau, trình động học Sự phát triển động học sử dụng để giải thích dung lượng lưu trữ nhiều hệ thống anốt chứa kim loại SEI điện cực bền phải hoạt động lớp bảo vệ thụ động mà không làm gián đoạn khuếch tán Li phản ứng chèn Li thuận nghịch lên vòng tuần hoàn nạp/phóng điện Các vật liệu anốt Từ mắt pin Li-ion thương mại công ty Sony năm 1991, graphit vật liệu anốt Graphit vật liệu lớp, tinh thể chứa graphen riêng biệt liên kết với lực van der Waals Được chọn vật liệu anốt không đắt, dễ thao tác phổ biến bền an toàn Vì Li tương tác yếu với graphit, việc chèn vào graphit xảy xấp xỉ 100 mV, đủ để tránh mạ Li tạo thành tinh thể dạng nhánh Li, điều làm ngắn điện cực dẫn đến không bền nhiệt, trì mật độ lượng cao tương đối pin Khi sử dụng anốt pin Li-ion, graphit có dung lượng lí thuyết 372 mAh/g (dựa khối lượng) 830Ah/L (dựa thể tích) Graphit chèn Li cách thuận nghịch để tạo LiC6, theo phương trình sau: C6 + Li+ + e- ↔ liC6 Sự khuếch tán Li vào (nạp/chèn) khỏi (phóng điện/giải chèn) graphit dẫn đến thay đổi thể tích lên đến gần 10% Li ion chiếm giữ không gian lớp graphit làm giãn cấu trúc Trong thập niên qua, nhiều nghiên cứu hướng đến vật liệu anốt thay có liên quan đến hóa học pin có dung lượng lí thuyết cao hơn, tốc độ nạp cao hơn, bền điện cực Các ứng viên cho vật liệu anốt hệ bao gồm hợp kim chèn (Si, Sn, Ge), oxit kim loại oxi hóa khử, dạng thù hình cacbon (graphen, ống cacbon nano) Nói chung, hợp kim chèn cung cấp mật độ lượng thể tích khối lượng cao cho pin Li-ion Với lý này, chúng thuộc vật liệu cạnh tranh hấp dẫn cho hệ anốt Thật vậy, hợp kim điện hóa Li với nhiều kim loại nghiên cứu từ 1970 Tuy nhiên, việc không thương mại lưu trữ điện dù cải tiến, vật liệu hợp kim phải chịu co giãn không tránh khỏi Li vào cấu trúc Sự thay đổi thể tích dẫn đến hư hỏng nhanh hình thái vật liệu hoạt động, điều giới hạn tuổi thọ điện cực Đã có nhiều nghiên cứu thực để cải thiện độ bền Hình 3.3 giá trị dung lượng thể tích khối lượng lý thuyết vài nguyên tố anốt tiềm Hình 3.3 Silic, vật liệu rẻ, phổ biến có mật độ lượng cao biết (~3.579 mAh/g Li3.75Si), tập trung nghiên cứu Lithium hóa điện hóa silic nghiên cứu vào cuối năm 1970 để thử nghiệm việc sử dụng silic thay cho kim loại Li điện cực âm hệ thống Li/FeS nhiệt độ cao Từ đó, pha cân xác định là: Li 12Si7 (Li1.71Si), Li7Si3(Li2.33Si), Li13Si4(Li3.25Si) Li21Si5(Li4.2Si) Cấu trúc giàu li (Li4.2Si) cho dung lượng riêng khoảng 4.200 mAh/g dựa trọng lượng Si Tuy nhiên, Si Lithium hóa điện hóa nhiệt độ phòng, pha Li 4.2Si không đạt được, thay vào pha giả bền Li15.2Si4(Li3.75Si) đạt được, tương ứng với dung lượng lý thuyết 3.579 mAh/g lithium hóa bắt đầu, cấu trúc Si tinh thể chịu vô định hình hóa trạng thái rắn điều khiển điện hóa, cấu trú Si bị độ tinh thể để trở thành hợp kim Li xSi vô định hình Vô định hình hóa bất thuận nghịch xảy trình Lithium hóa ban đầu pha bền xấp xỉ 10mV theo Li/Li +, ngăn cản hợp chất cân tinh thể Quá trình Lithium hóa sau Si vô định hình xảy với hai pha bền (gần 300 100mV), điều đề nghị tạo thành hai hợp chất Litium silicide vô định hình riêng biệt (Li xSi LiySi) với môi trường địa phương khác trật tự khoảng hẹp Vì trình vô định hình hóa bất thuận nghịch ngăn cản hợp chất cân tinh thể tạo thành, việc thăm dò thay đổi cấu trúc khó khăn, nhiều kỹ thuật phổ truyền thống có khả áp dụng cho hợp chất dạng tinh thể NMR trạng thái rắn phân tích phân bố cặp hai kỹ thuật cung cấp nhìn bổ ích vào môi trường địa phương vật liệu vô định hình Từ nghiên cứu kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), người ta thấy Si Lithium hóa qua trình core –shell lượng dư ion Li từ chất điện giải khuếch tán trạng thái rắn chậm qua vật liệu hoạt động Thêm vào đó, nghiên cứu kính hiển vi điện tử quét (SEM) bánh Si đơn tinh thể ép khuôn minh chứng việc chèn Li ban đầu bất đẳng hướng, Lithium hóa theo hướng (110) khả thi Sau chu kỳ ban đầu, vật liệu hoạt động trở nên vô định hình sau chịu giãn nở đẳng hướng trình Lithium hóa Để chứa lên tới 3,75 nguyên tử Li nguyên Si, cấu trúc Si phải chịu giãn nở mạng lớn Lithium hóa: 250% thể tích Điều dẫn đến bẻ gãy tan rã điện cực, dẫn đến vật liệu hoạt tính qua tiếp xúc điện với điện cực giảm dung lượng nghiêm trọng Việc nghiền cấu trúc Si việc chuyển thành vật liệu có cấu trúc nano chịu căng thẳng tốt Nhiều thành tựu khác thử nghiệm với hướng Một ví dụ phân tán hạt nano Si graphen xếp lại với để tạo composit Si/graphen Các graphen linh hoạt chứa thay đổi thể tích lớn trình tuần hoàn ngăn cản kết tụ tách hạt, điều dẫn đến tính bền tuần hoàn cải thiện Các đạt khác bao gồm giảm kích thước hạt Si, sử dụng màng mỏng sợi nano phân tán lên không hoạt động/ hoạt động, điều chế cấu trúc mao quản 3D, trộn/phủ với cacbon, chất kết nối polyme Một vài cấu trúc can thiệp công nghệ, sợi nano phát triển ngưng tụ hóa học màng mỏng vô định hình tính bền hứa hẹn, chúng không cho mật độ đủ cao vật liệu hoạt động điện cực pin khả thi thất bại độ dày điện cực tăng Tương tự Si, thiếc có khả liên kết đến 4,2 Li ion nguyên tử Tuy nhiên, khối lượng nguyên tử tăng nó, dung lượng lý thuyết tối đa Sn 960 mAh/g Một cách tương tự, gemani (Ge) có khả lưu trữ 1.600m Ah/g chuyển thành dạng Li4.4Ge Cả hai vật liệu tập trung nghiên cứu Sn nghiên cứu dạng kim loại oxit composit dựa Sn hợp kim với kim loại hoạt động (như Sb) không hoạt động (như Cu) Những hợp chất kim loại giúp giảm thay đổi cấu trúc phản ứng thay thuận nghịch pha loảng hàm lượng li Trong trường hợp hợp kim Cu-Sn, chẳng hạn, Cu hoạt động chất không hoạt động để cân thay đổi thể tích Sn thay trình Lithium hóa để tạo hợp kim LixSn Sự tương đồng cấu trúc hợp chất kim loại trước sau Lithium hóa, chẳng hạn chuyển hóa từ Cu 6Sn5 thành Li2CuSn đóng góp vào tính bền tuần hoàn Tuy nhiên, dung lượng lý thuyết Cu 6Sn5 584mAh/g, thấp nhiều so với vật liệu anốt khác Si Ge Để tăng dung lượng tổng, đạt sử dụng điện cực composit Cu 6Sn5-Sn, chất Cu-Sn bền hóa hạt Sn Thực vậy, phương pháp chứng minh thành công việc tăng dung lượng điện cực trì tính bền tuần hoàn nhiều vòng Các oxit kim loại chuyển tiếp hình thành lớp khác vật liệu anốt, titanate nghiên cứu nhiều Một lợi lớn anốt titanate Li chèn cửa sổ ổn định chất điện giải cacbonat, tránh phân hủy khử dung môi điện giải Ví dụ, Li4Ti5O12 (LTO) chèn Li 1,6 V so với Li+/Li, giảm thiểu phản ứng phụ tránh hình thành SEI, dẫn đến cải thiện độ tin cậy tuổi thọ: Li4Ti5O12 + 3Li+ + 3e− → Li7Ti5O12 Bề mặt LTO nguyên cho di chuyển Li, đặc biệt, sử dụng đầy đủ tạo từ diện tích bề mặt riêng lớn để nâng cao lực khả tốc độ bên cấu trúc nano LTO Một lợi khác LTO căng mạng thay đổi thể tích, có nghĩa LTO dễ bị gãy Điều dẫn đến anốt LTO có cấu trúc nano có khả tuần hoàn nhanh chóng (trong vòng hai phút) đạt ổn định cycling cao Thật không may, điện áp hoạt động tế bào đầy đủ bị giảm sử dụng anốt LTO vào chèn Li cao Ngoài ra, dung lượng lý thuyết LTO 160 mAh g-1, nửa dung lượng lý thuyết graphit, làm cho hấp dẫn với ứng dụng tuần hoàn kéo dài tính an toàn tuyệt vời yêu cầu Các oxit kim loại oxi hóa khử (MnO2, NiO, Co3O4, Fe3O4, Fe2O3, vv) lưu trữ điện nhờ phản ứng chuyển hóa với Li, khử điện hóa dẫn đến việc chuyển hai ion Li+, dẫn đến cluster kim loại kích thước nano phân tán chất Li2O Do kích thước nhỏ cluster, phản ứng trình thuận nghịch ưu tiên Nói chung, vật liệu có dung lượng lý thuyết cao so với graphit Một lợi ích phản ứng chuyển hóa khả tối ưu hóa điện áp dung lượng pin Thế điều chỉnh biến tính cation kim loại (M) ứng dụng, cấu trúc độ mạnh địa phương liên kết M-O ảnh hưởng trực tiếp đến điện cân Hơn nữa, việc sử dụng kim loại rẻ tiền phổ biến, chẳng hạn sắt mangan, cung cấp nhiều lựa chọn cho thay điện cực Hai nhược điểm lớn hầu hết vật liệu dựa phản ứng chuyển hóa động học phản ứng chúng trễ lớn điện áp nạp/phóng điện, điều liên quan đến rào cản lượng việc bẻ gãy liên kết M-O thay đổi độ dẫn điện Thù hình carbon, graphene ống nano carbon (CNT), đại diện cho nhóm khác ứng viên điện cực hấp dẫn dành cho pin Li-ion Graphene, đơn lớp nguyên tử carbon liên kết sp2 mạng tinh thể kiểu tổ ong, coi yếu tố cấu trúc nhiều dạng carbon Việc phát graphene vật liệu anốt phụ gia dẫn điện cho cathode anode xảy kể từ lần tách thực nghiệm vào năm 2004 độ dẫn điện, bền hóa học, rắn học tuyệt vời Mặc dù tranh luận, người ta tin graphene đạt dung lượng ~ 744 mAh g-1 mặt lý thuyết, gấp hai lần so với graphit Tăng dung lượng tương ứng với ion Li lưu trữ hai mặt graphene tách rời (Li2C6), trái ngược với mặt cấu trúc graphit xếp chồng lên Hơn nữa, tâm bổ sung khuyết tật, lỗ trống, cạnh graphene lưu trữ thêm Li ion Thật vậy, anốt graphene với dung lượng thuận nghịch 540 mAh g-1 công bố Nhiều điện cực dựa graphene tổng hợp thông qua tiền chất oxit graphene mà nhận từ bóc tách graphit, trình thường đưa nhiều khuyết tật vào graphene Vì vậy, không giống than chì, anốt dựa graphene chèn Li khác tâm chèn Li không cân bằng, điều giống mặt điện hóa với cacbon mềm Thật không may, hệ diện tích bề mặt vốn cao graphene (2.600 m2 g-1, mặt lý thuyết), anốt bị dung lượng bất thuận nghịch lớn hình thành rộng rãi SEI chu kỳ Các ống nano đơn tường, tương tự graphene, thể dung lượng lưu trữ Li gấp hai lần so với than chì, chúng thể tiềm chèn loại lithium Diện tích bề mặt CNT đem lại vấn đề liên quan tương tự hình thành SEI vấn đề an toàn, điều làm cản trở tiện ích thiết thực anốt CNT Vật liệu catốt Không giống anốt làm từ vật liệu có dung lượng lưu trữ cao tìm thấy, dung lượng lưu trữ thấp tương đối vật liệu cathode xem yếu tố hạn chế lớn hiệu suất tổng pin Li-ion Kể từ giới thiệu thành công catốt LiCoO2 vào năm 1991, điện cực dương khác nghiên cứu ứng dụng thương mại chủ yếu rơi vào hai loại Nhóm hợp chất lithium lớp với mạng anion oxy xếp chặt, cation kim loại chuyển tiếp chiếm giữ lớp luân phiên anion, ion Li xen vào lớp trống lại Các hợp chất nhóm có lợi điện áp hoạt động lượng riêng cao so với nhóm thứ hai cặp oxi hóa khử hoạt động oxy hóa cao mạng chặt Những vật liệu có thành phần thay đổi LiCoO2 lớp (Hình 3.4a), chẳng hạn LiNiO2, LiMnO2, LiNi1- xCoxO2,và LiNixMnxCo1-2xO2, cấu trúc spinel 3D có nguồn gốc từ LiMn 2O4 (Hình 5.4b), chẳng hạn hệ thống Li1+xMn2-xO4 Nhóm thứ hai chứa vật liệu có cấu trúc mở hơn, bao gồm oxit V Mo lớp V2O5 MoO3, hợp chất kiểu lớp kênh Mn MnO2, phosphat kim loại chuyển tiếp, chẳng hạn LiFePO olivin, với kênh khuếch tán ion Li 1D (Hình 3.4c) Mặc dù chúng hoạt động điện áp thấp hơn, giá thành thấp, tính an toàn cải thiện, khả tốc độ vật liệu tương đương so với nhóm trước làm cho chúng trở thành ứng viên catốt có tính cạnh tranh Nói chung, hệ thống oxit ưa thích chalcogenua kim loại chuyển tiếp (các sulfua selenua) khó bền trạng thái ôxi hóa cao ion kim loại chuyển tiếp đạt điện áp pin > 2,5 V so với cặp Li/Li+ chalcogenua Đối với hệ thống oxit, điện áp gần 4,0 V so với cặp Li/Li+ đạt hệ thống dung dịch nano nước Cấu trúc oxit lớp có lợi cho việc Li chèn vào thoát nhanh chóng Một nghiên cứu tập trung vào việc thay Co đắt tiền LiCoO2 với cấu tử tốn độc LixNiO2 LixMnO2 (x ~ 0,55) lớp nằm số vật liệu nghiên cứu sâu, sớm nhận LixNiO2 bị bền nhiệt khó tổng hợp, LixMnO2 bị chuyển cấu trúc từ lớp sang spinel trình tuần hoàn làm giảm lực cao (4 V) Thay Mn Co hay Ni dẫn đến thay đổi thành phần lớp đa dạng, điều dung lượng cải thiện đạt khoảng 200 mAh g-1 chịu chuyển pha chậm nhiều, giải phóng oxy bền nhiệt gây vấn đề an toàn nghiêm trọng Các spinel LixMn2O4, có khung bát diện Mn2O4 nối qua cầu nối oxy, chứng minh bền cấu trúc tốt việc chèn/giải phóng Li thuận nghịch tâm tứ diện thường khoảng [...]... hiệu quả trạng thái dung dịch rắn Tương tự như vậy, các hạt nano LiFePO4 có kích thước 40 nm được điều chế bởi kết tủa tỏ ra một đường cong nạp/phóng điện dốc đặc trưng của tính chất đơn pha tinh khiết Hình 3. 5 Các dung lượng cao hơn 30 0 mAh g-1 đã đạt được trong các oxit và florua hai hợp phần có cấu trúc nano khác nhau Dung lượng ban đầu 650 mAh g-1 và 1.240 mAh g-1, vượt xa dung lượng lý thuyết... ω-Li3V2O5 Các thanh nano chiều (100) của α-MoO3 được phát triển bởi kỹ thuật CVD và các nanobelt α - MoO3 trước lithium hóa được chế tạo nhờ phương pháp thủy nhiệt (101) thể hiện một dung lượng thuận nghịch 30 0 mAh g-1 với tốc độ được cải thiện và năng lực tuần hoàn vượt trội so chúng khi ở kích thước micro mét FeF3 có một dung lượng lý thuyết cao 712 mAh g-1 khi được lithium hóa đến ~ 1,5 V, và FeF3... đổi thuận nghịch thành cả LiF và kim loại Fe FeF3 tinh thể hóa dạng nano với kích thước khoảng 10-20 nm gắn vào trong than chì hoặc hoặc các mạng carbon đen, được chế tạo nhờ nghiền bi năng lượng cao, thể hiện dung lượng thuận nghịch gần với các giá trị lý thuyết đối với FeF 3 11 hoạt động Để so sánh, FeF3 khối trộn trực tiếp với carbon dẫn điện có một dung lượng thấp, dưới 100 mAh g-1, điều này nhấn... phân đóng góp chính cho sự hình thành SEI Vì điện áp tế bào điển hình cho pin Li-ion vượt quá điện áp phân hủy nước và lithium hoạt động cao hơn nước, các dung môi hữu cơ thường được sử dụng cho dung dịch chất điện giải Các chất điện bao gồm một dung môi hữu cơ, thường là một sự kết hợp của ethylene cacbonat, dimethyl carbonate, và diethyl cacbonat, với một muối lithium, chẳng hạn như LiPF6, LiBF4,... thước của khung polysiloxan có thể được giảm đến các đơn vị oligosiloxane nhỏ hơn theo mối quan hệ nghịch đảo được biết đến giữa độ nhớt và độ dẫn của dung môi Đó là, độ nhớt dung môi lớn hơn (hoặc tương đương, trọng lượng phân tử lớn hơn của polymer), sẽ làm thấp hơn độ dẫn ion Thật vậy, khi nhóm oligosiloxane được giảm đến một đơn vị Si -O duy nhất (nhóm silane), các độ dẫn ion có thể đạt ~ 10 -3 S cm-1... minh hoạt tính oxy hóa khử thuận nghịch trong một khoảng điện áp mong muốn, nhưng chỉ một ít có tính bền cần thiết Ngoài ra, một trong những vấn đề chính trong việc sử dụng con thoi oxi hóa khử là chúng có hiệu quả chỉ khi sạc pin bị giới hạn đến tốc độ thấp Một trong những phương pháp tắt dòng các loại pin Li-ion thương mại là sử dụng một quá trình chuyển đổi nhiệt trong vật liệu phân cách, nó tách vật... giải mới bao gồm hệ thống chất lỏng ion và các oxit polyethylene (PEO) Tài liệu này hạn chế thảo luận ngắn gọn với hệ thống PEO như là một dung môi Hệ thống dung môi này có thể là ở dạng lỏng (trọng lượng phân tử thấp hoặc nhiệt độ hoạt động cao) và được sử dụng trong các loại pin Li-ion lỏng truyền thống, hoặc ở trạng thái rắn (trọng lượng phân tử cao) cho pin Li-polymer rắn PEO là một chất dẫn ion... khoảng 3, 5 V, một phân tử con thoi (S) với một thế oxi hóa khử hơi lớn hơn 3, 5 V (ví dụ, 3, 7 V) có thể sử dụng Trong quá trình quá tải, thế của cell đạt đến thế oxi hóa khử của phân tử con thoi, ở điểm đó phân tử S bị oxy hóa thành S+, và sau đó khuếch tán đến anốt rồi bị khử thành S trở lại, tái tạo phân tử con thoi Để trở nên thực tế, cả hai trạng thái oxy hóa và khử của con thoi phải cực kỳ ổn định trong. .. oligo(ethylene oxide) với một khung polysiloxane để cải thiện tính dẫn điện và tính chất vật lý của nó Polysiloxanes là lý tưởng cho mục đích này vì chúng có thể tích tự do cao và nhiệt độ chuyển thủy tinh thấp do các chuỗi siloxan rất linh hoạt của chúng Các tính chất này thúc đẩy vận chuyển ion và có thể cung cấp các tâm nhảy ion cho việc chuyển các ion Li dọc theo khung polymer, trong khi một nửa oligo(ethylene... dẫn điện có một dung lượng thấp, dưới 100 mAh g-1, điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của sự giảm kích thước hạt và tạo ra một kết nối bền với mạng lưới dẫn điện cơ bản trong ca tốt composit FeF3 7 Chất điện giải Chất điện giải là một trong những cấu tử quan trọng nhất, và thường bị bỏ qua của một pin Li-ion Ngoài chức năng chính của nó như con thoi chuyển ion Li giữa hai điện cực, sự phân hủy khử của