Baile / blog / ESM: Comhéadan ultra-chomhréireach de leictrilít sárfhluairínithe le haghaidh cadhnraí litiam ardfhuinnimh praiticiúla

ESM: Comhéadan ultra-chomhréireach de leictrilít sárfhluairínithe le haghaidh cadhnraí litiam ardfhuinnimh praiticiúla

19 Deireadh Fómhair, 2021

By leaca

Cúlra Taighde

I gcadhnraí litiam-ian, chun an sprioc de 350 Wh Kg-1 a bhaint amach, úsáideann an t-ábhar catóide ocsaíd cisealach nicil-saibhir (LiNixMnyCozO2, x+y+z=1, ar a dtugtar NMCxyz). Leis an méadú ar dhlús fuinnimh, tá na contúirtí a bhaineann le rith teirmeach LIBanna tar éis aird daoine a mhealladh. Ó thaobh ábhair de, tá saincheisteanna sábháilteachta tromchúiseacha ag leictreoidí dearfacha nicil-saibhir. Ina theannta sin, is féidir le ocsaídiú / crostalk comhpháirteanna ceallraí eile, mar leachtanna orgánacha agus leictreoidí diúltacha, rith teirmeach a spreagadh freisin, a mheastar an phríomhchúis le fadhbanna sábháilteachta. Is é foirmiú comhéadan cobhsaí leictreoid-leictrilít in-situ in-rialaithe an phríomhstraitéis don chéad ghlúin eile de chadhnraí litiam-bhunaithe ard-fhuinnimh. Go sonrach, is féidir le idirphase leictrilít catóide soladach agus dlúth (CEI) le cobhsaíocht theirmeach níos airde comhpháirteanna neamhorgánacha an fhadhb sábháilteachta a réiteach trí scaoileadh ocsaigine a chosc. Go dtí seo, tá easpa taighde ar ábhair catóide-mhodhnaithe CEI agus sábháilteacht ar leibhéal na ceallraí.

Taispeántas gnóthachtála

Le déanaí, d'fhoilsigh Feng Xuning, Wang Li, agus Ouyang Minggao d'Ollscoil Tsinghua páipéar taighde dar teideal "In-Built Interphases Ultraconformal Interphases Enable High- Safety Praiticiúil Litiam Cadhnraí" ar Ábhair Stórála Fuinnimh. Rinne an t-údar measúnú ar fheidhmíocht sábháilteachta an chadhnra iomlán pacáilte bog NMC811/Gr agus cobhsaíocht theirmeach an leictreoid dhearfach CEI comhfhreagrach. Tá staidéar cuimsitheach déanta ar an meicníocht um shochtadh teirmeach runaway idir an t-ábhar agus an ceallraí pacáiste bog. Ag baint úsáide as leictrilít sárfhluairínithe neamh-inadhainte, ullmhaíodh ceallraí iomlán de chineál pouch NMC811/Gr. Feabhsaíodh cobhsaíocht theirmeach NMC811 leis an gciseal cosanta CEI in-situ atá saibhir i LiF neamhorgánach. Is féidir le CEI LiF an scaoileadh ocsaigine de bharr an athraithe céime a mhaolú go héifeachtach agus bac a chur ar an imoibriú eisiteirmeach idir an NMC811 atá sásta agus an leictrilít fluairínithe.

Treoir grafach

Figiúr 1 Comparáid a dhéanamh idir na saintréithe atá ag rith teirmeach de chineál pouch iomlán ceallraí praiticiúla NMC811/Gr ag baint úsáide as leictrilít sárfhluairínithe agus leictrilít traidisiúnta. Tar éis timthriall amháin de chadhnraí lán-iomlána den chineál pouch leictrilít (a) EC/EMC agus (b) perfluairínithe FEC/FEMC/HFE. (c) Leictrealú traidisiúnta CE/EMC agus (d) ceallraí iomlán pouch leictrilít de chineál perfluairínithe FEC/FEMC/HFE tar éis 100 timthriall.

Maidir leis an gceallraí NMC811/Gr le leictrilít traidisiúnta tar éis timthriall amháin (Fíor 1a), tá T2 ag 202.5°C. Tarlaíonn T2 nuair a thiteann an voltas ciorcad oscailte. Mar sin féin, sroicheann T2 na ceallraí a úsáideann an leictrilít sárfhluairínithe 220.2 ° C (Fíor 1b), rud a thaispeánann gur féidir leis an leictrilít sárfhluairínithe feabhas a chur ar shábháilteacht theirmeach na ceallraí go pointe áirithe mar gheall ar a chobhsaíocht theirmeach níos airde. De réir mar a théann an ceallraí in aois, titeann luach T2 na ceallraí leictrilít traidisiúnta go 195.2 °C (Fíor 1c). Mar sin féin, ní dhéanann an próiseas aosaithe difear do T2 na ceallraí ag baint úsáide as leictrilítí perfluorinated (Fíor 1d). Ina theannta sin, tá uasluach dT/dt na ceallraí ag baint úsáide as an leictrilít traidisiúnta le linn TR chomh hard le 113 ° C s-1, agus níl an ceallraí a úsáideann an leictrilít sárfhluairínithe ach 32 ° C s-1. Is féidir an difríocht i T2 de chadhnraí atá ag dul in aois a chur i leith cobhsaíocht theirmeach dhlúth NMC811, a laghdaítear faoi leictrilítí traidisiúnta, ach is féidir é a chothabháil go héifeachtach faoi leictrilítí perfluairínithe.

Fíor 2 Cobhsaíocht theirmeach delithiitation Leictreoid dheimhneach NMC811 agus meascán ceallraí NMC811/Gr. (A,b) Léarscáileanna comhrianta de C-NMC811 agus F-NMC811 sioncrótón ard-fhuinnimh XRD agus na hathruithe buaic díraonta comhfhreagracha (003). (c) Iompar teasa agus scaoileadh ocsaigine an leictreoid dheimhneach C-NMC811 agus F-NMC811. (d) Cuar DSC de mheascán samplach den leictreoid dheimhneach aoibhinn, leictreoid dhiúltach lithiated, agus leictrilít.

Léiríonn Fíoracha 2a agus b cuair HEXRD de NMC81 lúcháireach le sraitheanna éagsúla CEI i láthair leictrilítí traidisiúnta agus le linn na tréimhse ó theocht an tseomra go 600°C. Léiríonn na torthaí go soiléir, i láthair leictrilít, go bhfuil ciseal láidir CEI a chabhródh le cobhsaíocht theirmeach an chatóid thaiscthe litiam. Mar a léirítear i bhFíor 2c, léirigh F-NMC811 amháin buaic eisiteirmeach níos moille ag 233.8°C, agus bhí buaic eisiteirmeach C-NMC811 ag 227.3°C. Ina theannta sin, tá an déine agus an ráta scaoilte ocsaigine de bharr trasdul céim C-NMC811 níos déine ná iad siúd de F-NMC811, ag dearbhú tuilleadh go bhfeabhsaíonn CEI láidir cobhsaíocht theirmeach dúchasach F-NMC811. Déanann Fíor 2d tástáil DSC ar mheascán de NMC811 atá sásta agus comhpháirteanna ceallraí comhfhreagracha eile. Maidir le electrolytes traidisiúnta, léiríonn na buaiceanna eisiteirmeacha de shamplaí le 1 agus 100 timthriall go laghdóidh dul in aois an chomhéadain thraidisiúnta cobhsaíocht theirmeach. I gcodarsnacht leis sin, don leictrilít sárfhluairínithe, taispeánann na léaráidí tar éis 1 agus 100 timthriall beanna eisiteirmeacha leathana agus éadroma, ag teacht leis an teocht truicear TR (T2). Tá na torthaí (Fíor 1) comhsheasmhach, rud a léiríonn gur féidir leis an CEI láidir cobhsaíocht theirmeach an NMC811 atá in aois agus áthas agus comhpháirteanna ceallraí eile a fheabhsú go héifeachtach.

Fíor 3 Tréithriú leictreoid dhearfach NMC811 atá sásta sa leictrilít sárfhluairínithe. (ab) Íomhánna SEM trasghearrtha den leictreoid dhearfach F-NMC811 d’aois agus an léarscáiliú EDS comhfhreagrach. (ch) Dáileadh eiliminte. (ij) Íomhá trasghearrtha SEM den leictreoid dhearfach F-NMC811 d’aois ar xy fíorúil. (km) Atógáil struchtúr FIB-SEM 3D agus dáileadh spásúil na n-eilimintí F.

Chun foirmiú inrialaithe CEI fluairínithe a dhearbhú, bhí FIB-SEM (Fíor 811 ah) tréithrithe ag moirfeolaíocht thrasghearrthach agus dáileadh eilimint an leictreoid dhearfach NMC3 d'aois a fuarthas sa cheallraí pacáiste bog iarbhír. Sa leictrilít sárfhluairínithe, cruthaítear ciseal aonfhoirmeach CEI fluairínithe ar dhromchla F-NMC811. Ar a mhalairt, níl F ag C-NMC811 sa leictrilít traidisiúnta agus cruthaíonn sé ciseal CEI míchothrom. Tá an t-ábhar eilimint F ar an trasghearradh de F-NMC811 (Fíor 3h) níos airde ná sin de C-NMC811, rud a chruthaíonn freisin gurb é foirmiú in-situ an mhéasópáis fluairínithe neamhorgánacha an eochair chun cobhsaíocht áthas NMC811 a chothabháil. . Le cabhair ó mhapáil FIB-SEM agus EDS, mar a thaispeántar i bhFíor 3m, breathnaíodh go leor eilimintí F sa mhúnla 3D ar dhromchla F-NMC811.

Fíor 4a) Dáileadh doimhneacht eiliminte ar dhromchla an leictreoid dhearfach bhunaidh NMC811 a bhí áthasach. (ac) Tá FIB-TOF-SIMS ag sputtering dháileadh dúile F, O, agus Li san leictreoid dheimhneach NMC811. (df) Deilbhíocht an dromchla agus dáileadh doimhneachta eilimintí F, O, agus Li de NMC811.

Nocht FIB-TOF-SEM dáileadh doimhneacht na n-eilimintí ar dhromchla an leictreoid dhearfach NMC811 (Fíor 4). I gcomparáid leis na samplaí bunaidh agus C-NMC811, fuarthas méadú suntasach ar chomhartha F sa chiseal dromchla barr F-NMC811 (Fíor 4a). Ina theannta sin, léiríonn na comharthaí lag O agus ard Li ar an dromchla foirmiú sraitheanna CEI F- agus Li-saibhir (Fíor 4b, c). Dhearbhaigh na torthaí seo go léir go bhfuil ciseal CEI saibhir i LiF ag F-NMC811. I gcomparáid leis an CEI de C-NMC811, tá níos mó eilimintí F agus Li sa chiseal CEI de F-NMC811. Ina theannta sin, mar a thaispeántar i FIGS. 4d-f, ó thaobh doimhneacht eitseála ian, tá struchtúr an NMC811 bunaidh níos láidre ná an NMC811 áthasach. Tá doimhneacht etch d'aois F-NMC811 níos lú ná C-NMC811, rud a chiallaíonn go bhfuil cobhsaíocht struchtúrach den scoth ag F-NMC811.

Fíor 5 Comhdhéanamh ceimiceach CEI ar dhromchla an leictreoid dhearfach NMC811. (a) Speictream XPS de leictreoid dheimhneach NMC811 CEI. (bc) speictream XPS C1s agus F1s den CEI leictreoid dhearfach NMC811 bunaidh agus áthasach. (d) Leictreonmhicreascóp crió-tarchurtha: dáileadh dúile F-NMC811. (e) Íomhá TEM reoite de CEI arna foirmiú ar F-NMC81. (fg) Íomhánna STEM-HAADF agus STEM-ABF de C-NMC811. (hi) Íomhánna STEM-HAADF agus STEM-ABF de F-NMC811.

Bhain siad úsáid as XPS chun comhdhéanamh ceimiceach CEI a thréithriú in NMC811 (Fíor 5). Murab ionann agus an C-NMC811 bunaidh, tá F agus Li mór i CEI F-NMC811 ach mion C (Fíor 5a). Léiríonn laghdú speiceas C gur féidir le CEI saibhir i LiF F-NMC811 a chosaint trí na frithghníomhartha taobh marthanacha le electrolytes a laghdú (Fíor 5b). Ina theannta sin, léiríonn méideanna níos lú CO agus C=O go bhfuil teorainn le tuaslagáitiú F-NMC811. I speictream F1s XPS (Fíor 5c), léirigh F-NMC811 comhartha LiF cumhachtach, ag dearbhú go bhfuil líon mór LiF ag CEI a dhíorthaítear ó thuaslagóirí fluairínithe. Léiríonn mapáil na n-eilimintí F, O, Ni, Co, agus Mn sa cheantar áitiúil ar na cáithníní F-NMC811 go bhfuil na sonraí scaipthe go haonfhoirmeach ina n-iomláine (Fíor 5d). Léiríonn an íomhá TEM íseal-teocht i bhFíor 5e gur féidir le CEI gníomhú mar chiseal cosanta chun leictreoid dhearfach NMC811 a chlúdach go haonfhoirmeach. Chun éabhlóid struchtúrach an chomhéadain a dheimhniú tuilleadh, rinneadh turgnaimh leictreon-mhicreascópachta tarchurtha leictreon tarchurtha scanadh páirce dorcha ard-uillinn (HAADF-STEM agus scanadh ciorclach-réimse geal-réimse micreascópachta (ABF-STEM).) Le haghaidh an leictrilít carbónáit (C). -NMC811), Tá athrú céim mhór tagtha ar dhromchla an leictreoid dhearfach a scaiptear, agus tá céim salainn carraige neamhord carntha ar dhromchla an leictreoid dhearfach (Fíor 5f). coinníonn leictreoid dhearfach struchtúr cisealach (Fíor 811h), rud a léiríonn dochrach Éiríonn an chéim faoi chois go héifeachtach.Ina theannta sin, breathnaíodh ciseal aonfhoirmeach CEI ar dhromchla F-NMC5 (Fíor 811i-g) Cruthaíonn na torthaí seo aonfhoirmeacht an chéanna a thuilleadh Ciseal CEI ar dhromchla leictreoid dhearfach NMC5 sa leictrilít sárfhluairínithe.

Fíor 6a) Speictream TOF-SIMS den chéim idirphase ar dhromchla an leictreoid dhearfach NMC811. (ac) Anailís dhomhain ar blúirí sonracha an dara hiain ar an leictreoid dheimhneach NMC811. (df) Speictream ceimiceach TOF-SIMS den dara blúire ian tar éis 180 soicind de sputtering ar an mbunaidh, C-NMC811 agus F-NMC811.

Meastar go ginearálta gur substaintí orgánacha CEI iad blúirí C2F, agus de ghnáth breathnaítear ar blúirí LiF2- agus PO2 mar speicis neamhorgánacha. Fuarthas comharthaí feabhsaithe go suntasach de LiF2- agus PO2- sa turgnamh (Fíor 6a, b), rud a léiríonn go bhfuil líon mór speiceas neamhorgánacha sa chiseal CEI de F-NMC811. Ar a mhalairt, tá an comhartha C2F de F-NMC811 níos laige ná sin de C-NMC811 (Fíor 6c), rud a chiallaíonn go bhfuil speiceas orgánach níos lú leochaileacha sa chiseal CEI de F-NMC811. Fuarthas amach le tuilleadh taighde (Fíor 6d-f) go bhfuil níos mó speiceas neamhorgánach sa CEI de F-NMC811, cé go bhfuil níos lú speiceas neamhorgánacha i C-NMC811. Léiríonn na torthaí seo go léir foirmiú ciseal soladach neamhorgánach-saibhir CEI sa leictrilít sárfhluairínithe. I gcomparáid le ceallraí bog-phacáiste NMC811/Gr ag baint úsáide as leictrilít traidisiúnta, is féidir feabhas a chur ar shábháilteacht na ceallraí bog-phacáiste ag baint úsáide as leictrilít sárfhluairínithe a chur i leith: Ar dtús, is tairbheach é foirmiú ciseal CEI atá saibhir i LiF neamhorgánacha in-situ. Laghdaíonn cobhsaíocht theirmeach leictreoid dhearfach an-áthas NMC811 scaoileadh ocsaigine laitíse de bharr trasdul céime; ar an dara dul síos, cuireann an ciseal cosanta soladach neamhorgánach CEI cosc ​​​​a thuilleadh ar an delithiation an-imoibríoch NMC811 ó theagmháil a dhéanamh leis an leictrilít, ag laghdú an imoibrithe taobh eisiteirmeach; tríú, Tá cobhsaíocht teirmeach ard ag an leictrilít perfluorinated ag teochtaí arda.

Conclúid agus Ionchas

Thuairiscigh an obair seo gur forbraíodh ceallraí iomlán praiticiúla de chineál pouch Gr/NMC811 ag baint úsáide as leictrilít sárfhluairínithe, rud a chuir feabhas suntasach ar a fheidhmíocht sábháilteachta. Cobhsaíocht theirmeach intreach. Staidéar domhain ar mheicníocht choiscthe TR agus ar an gcomhghaol idir ábhair agus leibhéil ceallraí. Ní dhéanann an próiseas aosaithe difear do theocht truicear TR (T2) na ceallraí leictrilít perfluorinated le linn na stoirme ar fad, a bhfuil buntáistí soiléire aige thar an gceallraí atá ag dul in aois ag baint úsáide as an leictrilít traidisiúnta. Ina theannta sin, tá an buaic eisiteirmeach comhsheasmhach le torthaí TR, rud a léiríonn go bhfuil an CEI láidir a chabhródh le cobhsaíocht theirmeach an leictreoid dhearfach saor ó litiam agus comhpháirteanna ceallraí eile. Léiríonn na torthaí seo go bhfuil suntas treorach tábhachtach ag dearadh rialaithe in-situ an chiseal CEI cobhsaí maidir le cur i bhfeidhm praiticiúil cadhnraí litiam ardfhuinnimh níos sábháilte.

Faisnéis litríochta

Cumasaíonn Idirphasanna Ultrachomhfhoirmeacha In-Tógtha Cadhnraí Litiam Praiticiúla Ard-Shábháilteachta, Ábhair Stórála Fuinnimh, 2021.

gar_bán
gar

Scríobh fiosrúchán anseo

freagra laistigh de 6 uair an chloig, tá fáilte roimh aon cheist!

    [rang^="wpforms-"]
    [rang^="wpforms-"]