Kísil-undirstaða forskaut upplifa rúmmálsstækkun allt að 300%. Hefðbundin leiðandi aukefni þola ekki þetta hringlaga álag. Einveggja kolefnis nanórör (SWCNT), með fullkomna frumeindabyggingu, mikla sveigjanleika og yfirburða leiðni, eru eins og er eina leiðandi efnið sem á áhrifaríkan hátt tekur á kísilþensluvandanum. Multi-kolefnis nanórör (MWCNT) eru hætt við að brotna undir álagi og geta ekki viðhaldið leiðandi neti. Nauðsynleg hleðsla á SWCNT er aðeins 0,03%–0,1% og blöndunaraðferðir geta dregið enn frekar úr kostnaði.
1. The Critical Question for Silicon-Based anodes
Kísil-undirstaða rafskaut eru almennt viðurkennd sem lykilbylting fyrir næstu-kynslóð litíum-jónarafhlöður. Fræðileg sérhæfð afkastageta kísils er allt að 4200 mAh/g -meira en tíu sinnum meiri en grafítskauta (372 mAh/g). Þetta þýðir að það að skipta út grafíti fyrir sílikon gæti aukið orkuþéttleika rafhlöðunnar verulega.
Hins vegar hefur kísill banvænan galla: við hleðslu og losun getur rúmmálsstækkun þess náð allt að 300%, mun hærra en 10–12% grafíts. Slíkar miklar rúmmálsbreytingar geta rifið í sundur leiðandi netið, valdið endurteknu broti og endurbótum á millifasa (SEI) laginu á fastri raflausn (SEI) og leitt til þess að rafskautsbyggingin hrynur.
Þetta leiðir til kjarnaumræðunnar í greininni: Eru SWCNTs nauðsyn fyrir forskaut sem byggir á kísil-? Og hversu stór er kostnaðarbilið?
2. Af hverju mistakast MWCNT í kísilskautum?
2.1 Samanburður á lykilframmistöðu
Samkvæmt fræðilegum rannsóknargögnum er lykilframmistöðusamanburður milli SWCNTs og MWCNTs sem hér segir:
| Eign | SWCNT | MWCNT |
|---|---|---|
| Rafleiðni (S/cm) | 1,000–10,000 | 10–500 |
| Sérstakt yfirborð (m²/g) | 800–1,300 | 10–300 |
| G/D hlutfall (byggingarfullkomnun) | 0.01–0.1 | 0.7–1.2 |
| Verð ($/kg) | 1,500–2,000 | 50–300 |
| Árleg framleiðslugeta á heimsvísu (tonn) | 100–200 | 10,000–50,000 |
G/D hlutfallið er gullstaðallinn til að meta kristallaða fullkomnun kolefnisefna. SWCNTs hafa verulega lægra (þ.e. betra) G/D hlutfall en MWCNTs. Þessi munur ákvarðar beinlínis getu efnisins til að lifa af við endurtekið álag.
2.2 Mekanísk rannsókn: „Vélvirki-efnafræðilegur“ tengibúnaður SWCNT
Áskorun MWCNTs:MWCNT eru tiltölulega stíf. Þegar kísill stækkar, upplifa MWCNT takmarkað álag, sem er ófullnægjandi til að koma af stað viðbrögðum í andliti. Yfirborð þeirra er hreint og getur ekki fest kísilþyrpingar í duftformi.
Einstök vélbúnaður SWCNTs:Þegar kísill litíum og þenst út veldur það togálagi á SWCNT (allt að 14%–16,5%). Þessi stofn virkjar kolefnisatómin á rörveggjunum, sem gerir þeim kleift að mynda stöðug Si-C samgild tengsl með duftformuðum kísilþyrpingum. Þessi "mekanó-efnafræðilega" milliflatatengi festir brotnar kísilagnir þétt við leiðandi netið.
Í einföldu máli: SWCNTs geta "gripið" brotnar sílikon agnir meðan á hjólreiðum stendur, en MWCNTs geta aðeins "horft á" þær losna.
2.3 Tilraunaprófun
Rannsóknarteymi kolefnis-húðaði SiOx agnir, blandaði þeim við grafít og bætti við 1 wt% SWCNT til að mynda samsett rafskaut. Þegar prófað er í fullum frumum með NCM811 bakskautum:
Afkastageta 474 mAh/g við 0,5 A/g
Afkastagetu 81,7% eftir meira en 400 lotur
Orkuþéttleiki 493 Wh/kg (skaut + bakskaut)
Aftur á móti, jafnvel með hleðslu upp á 4 wt%, gátu MWCNT ekki náð sambærilegum stöðugleika í hjólreiðum.
2.4 Einstakt gildi SWCNTs
Litið er á SWCNT sem „eina kjörna lausnina sem nú er fær um að temja kísilþenslu“ vegna:
Fullkomin burðarvirki:Næstum gallað -ókeypis eins-lagsbygging sem veitir mjög mikinn vélrænan styrk og sveigjanleika.
Hátt sérstakt yfirborð:Farið yfir 800 m²/g, sem gerir kleift að mynda heilt leiðandi net við mjög lágt álag.
Frábær leiðni:10–100 sinnum meiri en MWCNT.
Sumar rannsóknir hafa beint kallað SWCNTs"besti félagi"fyrir kísil-undirstaða forskaut.
3. Kostnaðargreining: Eru SWCNTs virkilega óviðráðanlegar?
3.1 Stórt einingaverðsbil, en mjög lágt hleðsla krafist
Verð á SWCNT er vissulega hátt-sem stendur um 10–15 milljónir RMB á tonn, samanborið við 0,2–0,5 milljónir RMB á tonn fyrir MWCNT-sem er um það bil 30faldur einingarverðsmunur.
Hins vegar er lykilatriðið að nauðsynleg hleðsla SWCNTs í kísil-undirstaða forskaut er afar lítil.
Rannsóknir benda til þess að ákjósanlegur hleðsla SWCNTs í-kísilskautum er aðeins0.03%–0.1%. Ein rannsókn leiddi í ljós að aðeins 0,2%–0,75% SWCNTs gera stöðuga hringrás kísil-undirstaða rafskauta í meira en 100 lotur.
3.2 Kostnaðarútreikningur á GWst
Tökum 1 GWh sílikon-forskautarafhlöðu sem dæmi:
| Samsetning | Hleðsla | SWCNT Neysla á GWst | Áætlaður kostnaður (Milljón RMB) |
|---|---|---|---|
| SWCNT-aðeins | 0.05% | ~0,5 tonn | 5.0–7.5 |
| MWCNT-aðeins (til að nálgast svipaðan árangur) | 0.5%–1.5% | 5–15 tonn | 1.0–7.5 |
Frá eingöngu tölulegu sjónarmiði virðist lág-MWCNT samsetning ódýrari. Hins vegar er vandamálið þaðMWCNT samsetningar geta ekki náð hringrásarlífinu sem SWCNTs veita.
Kostnaðaraukningin af því að nota SWCNT er aðeins á bilinu 1%–2% af heildarkostnaði rafhlöðunnar, sem gerir það að verkum að afköst eru betri á sama tíma og viðheldur hæfilegri hagkvæmni.
3.3 Blendingar: Lykilleið til hagræðingar kostnaðar
Iðnaðurinn er að kanna„SWCNT + MWCNT“ blendingur. Rannsóknir sýna að 0,03% SWCNTs + 0.4% MWCNTs ná frammistöðu sem er sambærileg við 0,07% hreina SWCNT.
Þetta þýðir að hægt er að minnka raunverulega SWCNT hleðslu um meira en 50%, sem lækkar kostnað enn frekar.
4. Niðurstöður vals eftir atburðarás
| Atburðarás | Kísil innihald | Mælt er með samsetningu | Rökstuðningur |
|---|---|---|---|
| Lágt-kísilkerfi | <5% | MWCNT með miklu-hlutfalli-hlutfalli eða "MWCNT + lítið magn af SWCNT" blendingur | Stækkun er tiltölulega viðráðanleg; MWCNTs duga; kostnaðar-hagkvæmni sett í forgang |
| Meðal-kísilkerfi | 5%–15% | Aðallega SWCNT (0,03%–0,05%) + MWCNT í blendingum | SWCNTs nauðsynleg til að tryggja hringrás líf; tvinnstýringarkostnaður |
| Hár-kísilkerfis- eða solid-rafhlöður | >15% | Hrein SWCNT (0,07%–0,1%) | Mikil-þenslukerfi krefjast öflugs leiðandi nets; SWCNT krafist |
5. Kostir Shandong Tanfeng
Sem faglegur CNT-framleiðandi bjóðum við upp á eftirfarandi kosti í SWCNT fyrir kísil-forskaut:
1. Hágæða SWCNT framboð.SWCNT vörurnar okkar ná fram-leiðandi stigum í iðnaði í kjarnamælingum eins og hreinleika, G/D hlutfalli og tilteknu yfirborði, sem veita áreiðanlega leiðandi efnisstuðning fyrir kísil-forskaut.
2. Blendingur samsetning stuðningur.Til viðbótar við SWCNT duft og líma, bjóðum við einnig upp á "SWCNT + MWCNT" blendinga leiðandi aukefnasamsetningar byggðar á kröfum viðskiptavina, sem hjálpar viðskiptavinum að finna besta jafnvægið milli frammistöðu og kostnaðar.
3. Umsókn tæknilega aðstoð.Til að mæta sérstökum þörfum kísilskauta-veitum við alhliða tækniaðstoð-frá dreifingu slurrys og fínstillingu samsetningar til frumuprófunar-sem hjálpar viðskiptavinum að ljúka efnissamþættingu hratt.
4. Skalanlegir framleiðslukostir.Með stækkun afkastagetu og hagræðingu ferla erum við að draga úr kostnaði við SWCNT, sem gerir þetta „verður{0}}hafa aðgengilegt fyrir fleiri viðskiptavini.
Eins og er eru SWCNT vörur okkar komnar inn í aðfangakeðjur nokkurra leiðandi rafhlöðuframleiðenda, sem ná yfir rafhlöður, neytendarafhlöður og fast-rafhlöður. Eftir því sem iðnvæðing kísilskauta-undirstaðan hraðar, hlökkum við til að vinna með fleiri viðskiptavinum til að efla næstu-kynslóð há-orku-rafhlöðutækni.
6. Samantekt í einni setningu
Fyrir kísil-undirstaða forskaut: SWCNT eru nauðsynleg, ekki valkostur.
Undir gífurlegu þensluálagi kísils brotna MWCNT og bila. SWCNT, sem nýta vélræna-efnafræðilega tengibúnað þeirra, eru eins og er eina leiðandi efnið sem á áhrifaríkan hátt tekur á kísilþensluvandanum. Varðandi kostnað, þó að SWCNT séu dýr, þá er nauðsynleg hleðsla afar lág (0,03%–0,1%), sem hefur aðeins áhrif á heildarkostnað rafhlöðunnar um 1%–2%. Með því að innlendir framleiðendur ná fram minnkaðri framleiðslu eru SWCNTs að breytast úr „lúxusvöru“ í „nauðsyn“.
Ef þú ert að velja leiðandi aukefni fyrir forskaut sem byggir á kísil-, eða vilt skilja sérstakar hleðslusamsetningar og kostnaðarútreikninga, vinsamlegast hafðu samband við okkur. Sem faglegur CNT framleiðandi erum við tilbúin til að vinna með þér að því að finna bestu lausnina fyrir vöruna þína.