Innan um bylgju orkubreytingar hefur nýsköpun í rafhlöðutækni skipt sköpum fyrir að knýja fram þróun á mörgum sviðum. Silicon - kolefnis rafskautaverkefni, hækkandi stjarna í litíum - jón rafhlöðuverksmiðjuefni, eru smám saman að koma fram og bjóða upp á nýja von um að bæta afköst rafhlöðunnar og brjótast í gegnum núverandi flöskuháls í orku. Þróun þeirra vekur talsverða athygli.
I. Yfirlit yfir kísill - kolefnisskautsefni
(I) Skilgreining og samsetning
Silicon - kolefnis rafskautaverkefni eru ný rafskautaefni sem myndast með því að sameina kísil (SI) og kolefnisefni á ákveðinn hátt. Kísil, með afar mikla fræðilega sértækan getu (um það bil 4200 mAh/g), er langt umfram hefðbundin grafít rafskautaverkefni (fræðileg sértæk afkastageta um það bil 372 mAH/g), sem gerir það að kjörnum vali til að auka orkuþéttleika rafhlöðunnar. Samt sem áður upplifir kísilstyrk yfir 300% við hleðslu og útskrift, galli sem takmarkar verulega hagnýta notkun þess í rafhlöðum. Kolefnisefni hafa aftur á móti framúrskarandi leiðni, stöðugleika og ákveðinn sveigjanleika. Með því að sameina þá og kísil dregur í raun úr magni kísils breytist og bætir stöðugleika rafskautsbyggingarinnar. Efnin tvö bæta hvert annað saman og mynda saman kjarnakerfi kísil - kolefnisdýfuefni.
(Ii) Þróunargrunnur
Með skjótum framgangi tækni setja ýmis rafeindatæki og ný orkubifreiðar sífellt meiri kröfur um afköst rafhlöðunnar, svo sem orkuþéttleika og svið. Eftir margra ára þróun hefur frammistaða hefðbundinna grafít rafskautaverkefna náð fræðilegum mörkum sínum, sem gerir það erfitt að mæta eftirspurn markaðarins um frekari endurbætur á afköstum rafhlöðunnar. Með hliðsjón af þessu bakgrunn hafa vísindamenn beygt athygli sína að kísill - byggð efni og með stöðugri könnun hafa þróað kísil - kolefnisdýfuefni, í von um að brjóta sjálfheldu í frammistöðu rafhlöðunnar og knýja skylda iðnaðinn í nýjan stig þróunarstigs.
II. Tæknilegir kostir kísils - kolefnisskautsefni
(I) Mikill orkuþéttleiki
Eins og getið er hér að ofan gerir mikil sérstök afkastageta kísils kísil - kolefnisdýfuefni til að geyma fleiri litíumjónir í rafhlöðum og bæta verulega orkuþéttleika rafhlöðunnar. Í samanburði við hefðbundnar grafít rafhlöður rafhlöður geta rafhlöður búnar kísill - kolefnisdýfuefni náð stærri orkuþéttleika, sem veitir lengri - varanlegt endingu rafhlöðunnar fyrir rafeindatæki og lengra aksturssvið fyrir rafknúin ökutæki. Þetta léttir á áhrifaríkan hátt áhyggjur af ófullnægjandi rafhlöðuorku í rafeindatækjum og „sviðskvíða“ rafknúinna ökutækja.
(2) Bætt lágt - hitastigsafköst
Rannsóknir hafa sýnt að sílikon - kolefnisskautsgeymsluefni sýna betri hjólreiðarstöðugleika en grafít rafskautaverkefni við lágt hitastig. Í köldum vetrum geta farsímar og rafknúin ökutæki sem nota kísil - kolefnisdýfuefni í raun dregið úr vandanum við skjót rafhlöðu, sem tryggir að tæki geti haldið áfram að starfa venjulega í lágu - hitastigsumhverfi, sem bætir notendaupplifun verulega.
(3) auðveldar hraðhleðslu
Meðan á hleðsluferlinu stendur felldu litíumjónir ákjósanlegan í sílikon og síðan inn í grafít millilandana. Þetta einkenni kísils - kolefnisdýfuefni eykur meðalmöguleika rafskautaverksmiðjunnar og dregur úr líkum á litíumhúðun, auðveldar skjótan hleðslu og hittir kröfur notenda um skjót endurnýjun rafhlöðunnar.
Undirbúningsferli fyrir kolefnisdýfuefni
(I) Vélræn kúlufylling
Vélrænni kúlumölun er tiltölulega hefðbundin undirbúningsaðferð. Það felur í sér að setja hráefni eins og kísilduft og kolefnisduft í kúluvél. Hátt - hraði snúningur mala kúlanna veldur því að hráefnagnirnar rekast á, blanda og betrumbæta og ná þar með samsettu kísil og kolefni. Þessi aðferð er tiltölulega einföld og lág - kostnaður, en hún þjáist af vandamálum eins og lélegri blöndunar einsleitni og erfiðleikum við að stjórna nákvæmlega agnastærð, sem leiðir til takmarkaðs afkasta stöðugleika kísilsins sem myndast - kolefnisverksmiðjuefni.
(Ii) Efnafræðileg gufuútfelling (CVD)
Undanfarin ár hefur ný kynslóð undirbúningsferla, fulltrúi CVD, smám saman komið fram. Í CVD er silangas pyrolyzed við hátt hitastig, sem leiðir til úrkomu og samræmdri dreifingu kísil nanódeilna innan svitahola porous kolefnis. Þessi porous kolefnisramma dregur ekki aðeins úr stækkun kísils við hleðslu og losun heldur veitir einnig leiðir til skjótrar litíum jónaflutninga og bætir í raun hratt -} hleðsluafköst.
Silicon - kolefnis neikvætt rafskaut efni sem framleitt er með CVD aðferð hafa kosti lágs stækkunarhraða, framúrskarandi afköst hringrásar og meiri orkuþéttleika og eru talin vera almenn undirbúningsleið fyrir næstu kynslóð kísil - kolefnis neikvæða rafskautsefna.