WikiDer > Исследования литий-ионных батарей

Research in lithium-ion batteries

Исследования литий-ионных батарей произвел много предлагаемых уточнений литий-ионные батареи. Области исследовательского интереса сосредоточены на улучшении плотность энергии, безопасность, производительность, долговечность цикла, гибкость и стоимость.

Анод

Литий-ионный аккумулятор аноды традиционно были сделаны из графит. Графитовые аноды ограничены теоретической емкостью 372 мАч / г для их полностью литированного состояния.[1] В настоящее время были предложены и оценены другие существенные классы анодных материалов литий-ионных аккумуляторов в качестве альтернатив графиту, особенно в тех случаях, когда нишевые приложения требуют новых подходов.

Интеркаляционные оксиды

Некоторые типы оксидов и сульфидов металлов могут обратимо интеркалировать катионы лития при напряжениях от 1 до 2 В относительно литий металл с небольшой разницей между этапами зарядки и разрядки. В частности, механизм внедрения включает катионы лития, заполняющие кристаллографические вакансии в решетке-хозяине с минимальными изменениями связи внутри решетки-хозяина. Это отличает интеркаляционные аноды от конверсионных анодов, накапливающих литий, путем полного разрушения и образования чередующихся фаз, обычно в виде Лития. Системы преобразования обычно непропорциональны литию и металлу (или низкому оксиду металла) при низких напряжениях, <1 В по сравнению с Li, и преобразовывают оксид металла при напряжении> 2 В, например, CoO + 2Li -> Co + Li2О.

Оксид титана

В 1984 году исследователи Bell Labs сообщили о синтезе и оценке серии литированных титанатов. Особый интерес представляли анатаз форма диоксида титана и лития шпинель LiTi2О4[2] Анатас было обнаружено, что максимальная емкость составляет 150 мАч / г (0,5Li / Ti), при этом емкость ограничена наличием кристаллографических вакансий в каркасе. TiO2 политип Brookite был также оценен и обнаружен, что он электрохимически активен при производстве в виде наночастиц с емкостью примерно вдвое меньшей, чем у анатаза (0,25Li / Ti). В 2014 году исследователи из Наньянский технологический университет использовали материалы, полученные из геля диоксида титана, полученного из естественно сферических частиц диоксида титана, в нанотрубки[3]Кроме того, не встречающийся в природе электрохимически активный титанат, называемый TiO2(B) может быть получен ионным обменом с последующей дегидратацией титаната калия K2Ti4О9.[4] Этот слоистый оксид может быть получен во многих формах, включая нанопроволоки, нанотрубки или продолговатые частицы с наблюдаемой емкостью 210 мАч / г в окне напряжения 1,5-2,0 В (по сравнению с Li).

Ниобаты

В 2011 году Лу и др. Сообщили об обратимой электрохимической активности в пористом ниобате KNb.5О13.[5] Этот материал вводил примерно 3,5 литра на формульную единицу (около 125 мАч / г) при напряжении около 1,3 В (по сравнению с литием). Это более низкое напряжение (по сравнению с титантами) полезно в системах, где желательна более высокая плотность энергии без значительного образования SEI, так как оно работает выше типичного напряжения пробоя электролита.

Оксиды переходных металлов

В 2000 году исследователи из Университета Пикардии имени Жюля Верна исследовали использование наноразмерных оксидов переходных металлов в качестве материалов для конверсионных анодов. В качестве металлов использовались кобальт, никель, медь и железо, которые, как было доказано, имели емкость 700 мА ч / г и сохраняли полную емкость в течение 100 циклов. Материалы работают путем восстановления катиона металла либо до металлических наночастиц, либо до оксида с более низкой степенью окисления. Эти многообещающие результаты показывают, что оксиды переходных металлов могут быть полезны для обеспечения целостности литий-ионной батареи в течение многих циклов разряд-перезарядка.[6]

Литий

Литий аноды использовались для первых литий-ионных батарей в 1960-х годах на основе TiS
2/ Ли клеточной химии, но в конечном итоге были заменены из-за образования дендритов, которые вызывали внутренние короткие замыкания и представляли опасность пожара.[7][8] Заменено в коммерческих конструкциях ячеек в конце 1970-х годов на графит углерода, продолжались усилия в областях, где требовался литий, включая заряженные катоды, такие как диоксид марганца, пятиокись ванадия, или же оксид молибдена и немного полимерный электролит основанные на конструкции ячеек. Интерес к анодам из металлического лития был восстановлен в связи с возросшим интересом к высокой емкости. литий-воздушная батарея и литий-серная батарея системы.

Исследования по подавлению образования дендритов были активной областью, отчасти из-за потребности в стабильном аноде для этих новых химикатов хранения энергии за пределами лития. Дорон Аурбах и коллеги в Университет Бар-Илан широко изучили роль растворителя и соли в образовании пленок на поверхности лития. Заметными наблюдениями было добавление LiNO3, диоксолан и соли гексафторарсената, по-видимому, создают пленки, которые ингибируют образование дендритов при включении восстановленного Li3Как литий-ионный проводящий компонент.[9][10]

Неграфитовый углерод

В конфигурациях литий-ионных аккумуляторов используются различные формы углерода. Помимо графита, в элементах используются такие слабо или неэлектрохимически активные типы углерода, как УНТ, технический углерод, графен, оксиды графена или MWCNT.

Недавняя работа включает в себя усилия в 2014 году исследователей из Северо-Западный университет кто нашел этот металлический одностенный углеродные нанотрубки (ОСУНТ) вмещают литий гораздо более эффективно, чем их полупроводниковые аналоги. Если сделать более плотными, полупроводниковые пленки ОУНТ поглощают литий на уровнях, сопоставимых с металлическими ОУНТ.[11]

Водородная обработка графен нано-пена Было показано, что электроды в LIBs улучшают их емкость и транспортные свойства. Методы химического синтеза, используемые при производстве стандартных анодов, оставляют значительные количества атомных водород. Эксперименты и многомасштабные расчеты показали, что низкотемпературная обработка водородом богатого дефектами графена может улучшить пропускную способность. Водород взаимодействует с дефектами графена, открывая зазоры и облегчая проникновение лития, улучшая перенос. Дополнительная обратимая емкость обеспечивается улучшенным связыванием лития вблизи краев, где водород, скорее всего, будет связываться.[12] Скоростные емкости увеличились на 17–43% при 200 мА / г.[13] В 2015 году китайские исследователи использовали пористый графен в качестве материала для анода литиево-ионной батареи, чтобы увеличить удельную емкость и энергию связи между атомами лития на аноде. Свойства аккумулятора можно настроить, приложив напряжение. Энергия связи увеличивается при приложении двухосной деформации.[14]

Кремний

Основная статья: Литий-кремниевый аккумулятор

Кремний Земля изобильна элемент, и его очистка до высокой чистоты является довольно недорогой. При легировании с литий его теоретическая емкость составляет ~ 3600 миллиампер-часов на грамм (мАч / г), что почти в 10 раз больше плотность энергии из графит электроды, максимальная емкость которых составляет 372 мАч / г для полностью литиированного состояния LiC.6.[1] Одна из характерных черт кремния, в отличие от углерода, - расширение структуры решетки на целых 400% при полном литировании (зарядке). Для объемных электродов это вызывает большие градиенты структурных напряжений в расширяющемся материале, что неизбежно приводит к трещинам и механическим повреждениям, что значительно ограничивает срок службы кремниевых анодов.[15][16] В 2011 году группа исследователей составила таблицы данных, в которых обобщены морфология, состав и метод приготовления наноразмерных и наноструктурированных кремниевых анодов, а также их электрохимические характеристики.[17]

Наночастицы пористого кремния обладают большей реакционной способностью, чем объемные кремниевые материалы, и, как правило, имеют более высокий массовый процент кремнезема из-за меньшего размера. Пористые материалы позволяют увеличить внутренний объем, чтобы контролировать общее расширение материала. Методы включают кремниевый анод с плотностью энергии выше 1100 мАч / г и долговечностью 600 циклов, в которых использовались частицы пористого кремния с использованием шаровой мельницы и травления.[18]В 2013 году исследователи разработали батарею из пористого кремния. наночастицы.[19][20]Ниже приведены различные структурные морфологии, которые пытались решить проблему с собственными свойствами кремния.

Инкапсуляция кремния

В качестве метода контроля способности полностью литированного кремния расширяться и становиться электронно изолированным, метод заключения частиц кремния диаметром 3 нм в оболочку из графен сообщалось в 2016 году. Частицы были сначала покрыты никель. Затем слои графена покрыли металл. Кислота растворила никель, оставив в клетке достаточно пустоты для расширения кремния. Частицы распадались на более мелкие части, но оставались функциональными внутри клеток.[21][22]

В 2014 году исследователи инкапсулировали кремний наночастицы внутри углеродных оболочек, а затем инкапсулировали кластеры оболочек с большим количеством углерода. Оболочки обеспечивают достаточно места внутри, чтобы наночастицы набухали и сжимались, не повреждая оболочки, повышая прочность.[23]

Кремниевая нанопроволока

Основная статья: Нанопроволочная батарея

Конструкция неорганического электрода из пористого кремния

В 2012 году Vaughey и др. Сообщили о новой полностью неорганической структуре электрода на основе электрохимически активных частиц кремния, связанных с медной подложкой посредством Cu3Si интерметаллид.[24][25] Наночастицы меди наносили на изделия из частиц кремния, сушили и ламинировали на медную фольгу. После отжига наночастицы меди отжигались друг с другом и с медным токосъемником, чтобы получить пористый электрод с медной связкой, как только исходное полимерное связующее сгорело. Конструкция имела характеристики, аналогичные характеристикам обычных электродных полимерных связующих, с исключительной быстродействием из-за металлической природы структуры и путей прохождения тока.

Кремниевое нановолокно

В 2015 году был продемонстрирован прототип электрода, состоящий из губчатого кремния. нановолокна увеличивает кулоновскую эффективность и предотвращает физический ущерб от расширения / сжатия кремния. Нановолокна были созданы путем приложения высокого напряжения между вращающимся барабаном и соплом, излучающим раствор тетраэтилортосиликат (TEOS). Затем материал подвергался воздействию магний пары. Нановолокна содержат на своей поверхности нанопоры диаметром 10 нм. Наряду с дополнительными промежутками в оптоволоконной сети, это позволяет кремнию расширяться, не повреждая ячейку. Три других фактора уменьшают расширение: оболочка из диоксида кремния толщиной 1 нм; второе углеродное покрытие, создающее буферный слой; и размер волокна 8-25 нм, который меньше размера, при котором кремний имеет тенденцию к разрушению.[26]

В обычных литий-ионных элементах используются связующие, чтобы удерживать активный материал вместе и поддерживать его контакт с токосъемниками. Эти неактивные материалы делают аккумулятор больше и тяжелее. Экспериментальные батареи без связующего не масштабируются, потому что их активные материалы могут производиться только в небольших количествах. Прототип не требует токосъемников, полимерных связующих или проводящих порошковых добавок. Кремний составляет более 80 процентов веса электрода. Электрод выдал 802 мАч / г после более 600 циклов с кулоновской эффективностью 99,9%.[26]

Банка

Литий-олово-цинковые фазы, открытые Эдуард Зинтль, изучались в качестве анодных материалов в литий-ионных системах хранения энергии в течение нескольких десятилетий. Впервые сообщено в 1981 г. Роберт Хаггинс,[27] система имеет многофазную кривую разряда и хранит приблизительно 1000 мАч / г (Li22Sn5). Олово и его соединения были тщательно изучены, но, как и кремний или же германий анодные системы, проблемы, связанные с расширением объема (связанные с постепенным заполнением р-орбиталей и введением существенных катионов), нестабильным образованием SEI и электронной изоляцией были изучены в попытке коммерциализировать эти материалы. В 2013 году исследования морфологической изменчивости исследователи из Вашингтонский государственный университет использованный стандарт гальваника процессы для создания наноразмерных оловянных игл, которые демонстрируют на 33% меньшее объемное расширение во время зарядки.[28][29]

Интерметаллические вставки

Что касается анодных материалов с интеркаляцией (или внедрением) оксидов, с 1997 года были обнаружены и изучены аналогичные классы материалов, в которых катион лития вставлен в кристаллографические вакансии в металлической решетке-хозяине. например Cu6Sn5,[30] Mn2Сб,[31] были обнаружены более низкие напряжения и более высокие емкости по сравнению с их оксидными аналогами.

Cu6Sn5

Cu6Sn5 представляет собой интерметаллический сплав с дефектом NiAs типовая структура. В NiAs номенклатура типа будет иметь стехиометрию Cu0.2CuSn с 0,2 атомами Cu, занимающими обычно незанятую кристаллографическую позицию в решетке. Эти атомы меди смещаются к границам зерен при зарядке с образованием Li2CuSn. При сохранении большей части связи металл-металл до 0,5 В Cu6Sn5 стал привлекательным потенциальным анодным материалом из-за его высокой теоретической удельной емкости, устойчивости к металлическому покрытию Li, особенно по сравнению с анодами на основе углерода, и устойчивости к окружающей среде.[30][32][33] В этом и родственных материалах типа NiAs интеркаляция лития происходит в процессе внедрения для заполнения двух кристаллографических вакансий в решетке, в то же время, когда 0,2 дополнительных медных элемента перемещаются к границам зерен. Попытки зарядить решетку металла основной группы для удаления избытка меди имели ограниченный успех.[34] Хотя значительное сохранение структуры отмечается благодаря тройному соединению лития Li2CuSn, чрезмерная разгрузка материала приводит к диспропорционированию с образованием Li22Sn5 и элементарная медь. Это полное литиирование сопровождается объемным расширением примерно на 250%. Текущие исследования сосредоточены на изучении легирования и низкоразмерной геометрии для смягчения механических напряжений во время литирования. Было показано, что легирование олова элементами, не вступающими в реакцию с литием, такими как медь, снижает напряжение. Что касается низкоразмерных приложений, тонкие пленки были произведены с разрядной емкостью 1127 мАч.−1 с избыточной емкостью, предназначенной для накопления ионов лития на границах зерен и связанной с дефектами.[35] Другие подходы включают создание нанокомпозитов с Cu6Sn5 в его ядре с инертной внешней оболочкой SnO2-c гибриды показали свою эффективность,[36] чтобы приспособиться к изменениям объема и общей стабильности во время циклов.

Антимонид меди

Слоистые интерметаллиды на основе Cu2Структура типа Sb представляет собой привлекательный анодный материал из-за доступного открытого пространства галереи и структурного сходства с разрядом Li2Продукт CuSb. Впервые сообщили в 2001 году.[37] В 2011 году исследователи сообщили о методе создания пористых материалов для трехмерных электродов на основе электроосажденной сурьмы на вспененной меди с последующей стадией низкотемпературного отжига. Было отмечено увеличение пропускной способности за счет уменьшения расстояний диффузии лития при одновременном увеличении площади поверхности токосъемника.[25] В 2015 году исследователи анонсировали твердотельный 3-D аккумуляторный анод с использованием гальванического антимонида меди (медная пена). Затем на анод наносится слой твердого полимерного электролита, который обеспечивает физический барьер, через который могут перемещаться ионы (но не электроны). Катод представляет собой чернильную суспензию. Объемная плотность энергии была в два раза больше энергии обычных батарей. Твердый электролит предотвращает образование дендритов.[38]

Трехмерная наноструктура

Пористые электроды, созданные с помощью нанотехнологий, обладают преимуществом коротких диффузионных расстояний, пространства для расширения и сжатия и высокой активности. В 2006 году сообщалось о примере трехмерного инженерного керамического оксида на основе титана лития, который имел резкое увеличение скорости по сравнению с непористым аналогом.[39] Более поздняя работа Vaughey et al. Подчеркнула полезность электроосаждения электроактивных металлов на вспененной меди для создания тонкопленочных интерметаллических анодов. Эти пористые аноды обладают высокой мощностью в дополнение к более высокой стабильности, так как пористая открытая природа электрода оставляет пространство для поглощения некоторой части объемного расширения. В 2011 году исследователи из Иллинойсский университет в Урбана-Шампейн обнаружил, что заворачивание тонкой пленки в трехмерный Наноструктура может сократить время заряда в 10–100 раз. Технология также способна обеспечить более высокое выходное напряжение.[40] В 2013 году команда улучшила конструкцию микробатареи, увеличив в 30 раз плотность энергии Зарядка в 1000 раз быстрее.[41] Эта технология также обеспечивает лучшую удельная мощность чем суперконденсаторы. Устройство достигло плотности мощности 7,4 Вт / см.2/ мм.[42]

Полутвердый

В 2016 году исследователи объявили об аноде, состоящем из суспензии литий-железного фосфата и графита с жидким электролитом. Они утверждали, что эта техника повысила безопасность (анод можно было деформировать без повреждений) и плотность энергии.[43] Проточная батарея без углерода, называемая Твердодисперсная батарея Redox Flow, сообщалось, предлагая повышенную плотность энергии и высокую эффективность работы.[44][45] Обзор различных систем полутвердых батарей можно найти здесь.[46]

Катод

Существует несколько разновидностей катодов, но обычно их можно легко разделить на две категории: заряженные и разряженные. Заряженные катоды - это материалы с уже существующими кристаллографическими вакансиями. Эти материалы, например шпинель, пятиокись ванадия, оксид молибдена или LiV3О8, обычно тестируются в конфигурациях ячеек с литий металлический анод, так как им для работы нужен источник лития. Хотя это не так часто встречается в конструкциях вторичных элементов, этот класс обычно встречается в первичных батареях, которые не требуют подзарядки, таких как имплантируемые батареи для медицинских устройств. Вторая разновидность - это разряженные катоды, где катод обычно в разряженном состоянии (катион в стабильном восстановленном состоянии окисления) имеет электрохимически активный литий, а при зарядке образуются кристаллографические вакансии. Благодаря повышенной безопасности производства и отсутствию необходимости в источнике лития на заводе анод, этот класс изучается чаще. Примеры включают оксид лития-кобальта, оксид лития, никеля, марганца, кобальта NMC, или фосфат лития-железа оливин который можно комбинировать с большинством аноды Такие как графит, шпинель титаната лития, оксид титана, кремнийили интерметаллические вставки для создания рабочей электрохимической ячейки.

Оксиды ванадия

Оксиды ванадия были обычным классом катодов для изучения из-за их высокой емкости, простоты синтеза и электрохимического окна, которое хорошо сочетается с обычными катодами. полимерные электролиты. Катоды из оксидов ванадия, обычно классифицируемые как заряженные катоды, имеют множество различных структурных типов. Эти материалы были тщательно изучены Стэнли Уиттингем среди прочего.[47][48][49] В 2007, Subaru представила батарею с удвоенной плотностью энергии, при этом для зарядки 80% требуется всего 15 минут. Они использовали наноструктурированный оксид ванадия, который способен загружать в два-три раза больше ионов лития на катод, чем слоистый оксид лития-кобальта.[50] В 2013 году исследователи объявили о синтезе иерархических наноцветов оксида ванадия (V10О24·пЧАС2O), синтезированный реакцией окисления ванадиевой фольги в NaCl водный раствор. Электрохимические испытания демонстрируют высокую обратимую удельную емкость при 100% кулоновской эффективности, особенно при высоких скоростях C (например, 140 мАч г−1 при 10 С).[51] В 2014 году исследователи объявили об использовании ванадат-боратных очков (V2О5 - LiBO2 стекло с восстановленным оксидом графита) в качестве катодного материала. Катод обеспечивает около 1000 Вт · ч / кг с высокой удельной емкостью в диапазоне ~ 300 мА · ч / г в течение первых 100 циклов.[52]

Неупорядоченные материалы

В 2014 г. исследователи Массачусетский Институт Технологий обнаружили, что создание материалов литий-ионных батарей с высоким содержанием лития с катионным беспорядком среди электроактивных металлов может быть достигнуто 660 ватт-часов на килограмм при 2,5 вольт.[53] Материалы стехиометрии Li2МО3-LiMO2 похожи на богатые литием оксид лития, никеля, марганца, кобальта (NMC), но без катионов. Дополнительный литий создает лучшие пути диффузии и устраняет точки перехода с высокой энергией в структуре, которые препятствуют диффузии лития.

Очки

В 2015 году исследователи смешали порошковые пятиокись ванадия с боратными соединениями при 900 ° C и быстро охладили расплав с образованием стекла. Затем полученные листы толщиной с бумагу измельчали ​​в порошок для увеличения площади их поверхности. Порошок был покрыт восстановленным оксидом графита (RGO) для увеличения проводимости и защиты электрода. Покрытый порошок использовался для катодов батареи. Испытания показали, что емкость была достаточно стабильной при высоких скоростях разряда и стабильно сохранялась в течение 100 циклов зарядки / разрядки. Плотность энергии достигала около 1000 ватт-часов на килограмм, а разрядная емкость превышала 300 мАч / г.[54]

Сера

Используется как катод для литий-серная батарея эта система обладает высокой способностью к образованию Li2S. В 2014 г. исследователи Инженерная школа USC Viterbi использовал оксид графита покрытый сера катод для создания батареи 800 мАч / г на 1000 циклов заряда / разряда, что более чем в 5 раз превышает удельную энергию промышленных катодов. Сера является обильной, дешевой и малотоксичной. Сера была многообещающим кандидатом в катод из-за ее высокой теоретической плотности энергии, более чем в 10 раз выше, чем у катодов из оксидов металлов или фосфатов. Однако низкая циклическая износостойкость серы не позволила ее коммерциализации. Покрытие из оксида графена поверх серы, как утверждается, решает проблему долговечности. Оксид графена с высокой площадью поверхности, химической стабильностью, механической прочностью и гибкостью.[18]

Морская вода

В 2012 году исследователи из Polyplus Corporation создали батарею с плотность энергии более чем в три раза больше, чем у традиционных литий-ионных аккумуляторов, использующих галогениды или органические материалы в морская вода как активный катод. Его удельная энергия составляет 1300 Вт · ч / кг, что намного больше традиционных 400 Вт · ч / кг. Он имеет твердый литиевый положительный электрод и твердый электролит. Его можно было использовать в подводных применениях.[55]

Катоды на литиевой основе

Смотрите также: Литий-никель-кобальт-оксиды алюминия

Литий, никель, марганец, кобальт, оксид

Смотрите также: Литий-никель-марганец-кобальт оксиды

В 1998 году команда из Аргоннская национальная лаборатория сообщил об открытии богатого литием NMC катоды.,[56][57] Эти высокоемкие высоковольтные материалы состоят из нанодоменов двух структурно похожих, но разных материалов. При первом заряде, отмеченном длинным плато около 4,5 В (по сравнению с Li), этап активации создает структуру, которая постепенно уравновешивается с более стабильными материалами, перемещая катионы из точек с высокой энергией в точки с более низкой энергией в решетке. Права интеллектуальной собственности на эти материалы были переданы нескольким производителям, включая BASF, General Motors, на Chevy Volt и Chevy Bolt, и Тода. Механизм высокой емкости и постепенного спада напряжения был тщательно исследован. Обычно считается, что этап активации высоким напряжением вызывает различные катионные дефекты, которые при циклировании уравновешиваются через участки слоя лития в более низкое энергетическое состояние, которое демонстрирует более низкое напряжение элемента, но с аналогичной емкостью.[58][59]

Литий-фосфат железа

LiFePO4 это катод литий-ионной батареи 3,6 В, о котором впервые сообщил Джон Гуденаф и структурно связан с минералом оливин и состоит из трехмерной решетки каркаса [FePO4], окружающего катион лития. Катион лития находится в одномерном канале вдоль оси [010] кристаллической структуры. Такое выравнивание дает анизотропную ионную проводимость, которая имеет значение для его использования в качестве катода батареи и делает морфологический контроль важной переменной в производительности его электрохимической ячейки. Хотя аналог железа является наиболее коммерческим из-за его стабильности, такой же состав существует для никеля, марганца и кобальта, хотя наблюдаемые высокие напряжения зарядки элементов и синтетические проблемы для этих материалов делают их жизнеспособными, но более трудными для коммерциализации. Хотя материал имеет хорошую ионную проводимость, он обладает плохой собственной электронной проводимостью. Эта комбинация делает нанофазные композиции и композиты или покрытия (для увеличения электронной проводимости всей матрицы) с такими материалами, как углерод, более предпочтительными. Альтернативы наночастицам включают мезомасштабные структуры, такие как батареи nanoball оливина LiFePO4 которые могут иметь пропускную способность на два порядка выше, чем случайно упорядоченные материалы. Быстрая зарядка связана с большой площадью поверхности наношаров, где электроны передаются на поверхность катода с большей скоростью.

В 2012 году исследователи из Системы A123 разработала батарею, которая работает при экстремальных температурах без необходимости использования терморегулирующих материалов. Он прошел 2000 полных циклов заряда-разряда при 45 C, сохраняя при этом плотность энергии более 90%. Для этого используется положительный электрод из нанофосфата.[60][61]

Литий-марганцевый оксид кремния

А “ортосиликат литияродственный »катодный компаунд, Ли
2MnSiO
4, смог поддерживать зарядную емкость 335 мАч / г.[62] Ли2MnSiO4Пористые нанобоксы @C были синтезированы методом твердофазной реакции влажной химии. Материал имел полую наноструктуру с кристаллической пористой оболочкой, состоящей из фазово-чистого Li.2MnSiO4 нанокристаллы. Порошковая дифракция рентгеновских лучей шаблоны и просвечивающая электронная микроскопия изображения показали, что высокая фазовая чистота и пористая структура нанобокса были достигнуты с помощью монодисперсного MnCO3@SiO2 нанокубы ядро-оболочка с контролируемой толщиной оболочки.[63]

Воздуха

Основная статья: Литий-воздушная батарея

В 2009 г. исследователи Исследовательский институт Дейтонского университета анонсировал твердотельный аккумулятор с более высокой плотность энергии который использует воздух в качестве катода.В полностью развернутом состоянии плотность энергии может превышать 1000 Втч / кг.[64][65]В 2014 году исследователи из Школы инженерии Токийского университета и Ниппон Шокубай обнаружили, что добавление кобальт к оксид лития кристаллическая структура дала ему в семь раз больше плотность энергии.[66][67] В 2017 году исследователи из Университета Вирджинии сообщили о масштабируемом методе производства оксида лития-кобальта субмикронного размера.[68]

Фторид железа

Фторид железа, потенциальный катод интеркаляционного преобразования, имеет высокую теоретическую плотность энергии 1922 Вт · ч · кг.−1. Этот материал демонстрирует плохую электрохимическую обратимость. При добавлении кобальта и кислорода обратимость улучшается до более чем 1000 циклов, а емкость достигает 420 мА · ч г.−1. Допирование изменяет реакцию с менее обратимой интеркаляции-конверсии на сильно обратимую интеркаляцию-экструзию.[69]

Электролит

В настоящее время, электролиты обычно сделаны из лития соли в жидкости органический растворитель. Обычными растворителями являются органические карбонаты (циклические, с прямой цепью), сульфоны, имиды, полимеры (оксид полиэтилена) и фторированные производные. Общие соли включают LiPF6, LiBF4, LiTFSI и LiFSI. Исследовательские центры по повышению безопасности за счет снижения воспламеняемости и сокращения коротких замыканий за счет предотвращения дендриты.

Перфторполиэфир

В 2014 г. исследователи Университет Северной Каролины нашли способ заменить легковоспламеняющийся органический растворитель в электролите негорючим перфторполиэфиром (PFPE). ПФПЭ обычно используется в качестве промышленной смазки, например, для предотвращения прилипания морских обитателей к днищам судов. Материал продемонстрировал беспрецедентно высокие числа переноса и низкую электрохимическую поляризацию, что свидетельствует о более высокой цикличности.[70]

Твердое состояние

Основная статья: Твердотельный литий-ионный аккумулятор

Хотя на рынке пока нет твердотельных батарей, эту альтернативу изучают несколько групп. Идея состоит в том, что твердотельные конструкции более безопасны, поскольку они предотвращают возникновение коротких замыканий дендритами. Они также обладают потенциалом для значительного увеличения плотности энергии, поскольку их твердый характер предотвращает образование дендритов и позволяет использовать аноды из чистого металлического лития. У них могут быть другие преимущества, например, работа при более низких температурах.

В 2015 году исследователи анонсировали электролит с использованием суперионных литий-ионных проводников, которые представляют собой соединения лития, германия, фосфора и серы.[71]

Тиофосфат

В 2015 году исследователи работали с литиево-фторидной батареей. Они включали твердый электролит на основе тиофосфата лития, в котором электролит и катод работали совместно, в результате чего емкость составляла 26 процентов. При разряде в электролите образуется соль фторида лития, которая дополнительно катализирует электрохимическую активность, превращая неактивный компонент в активный. Что еще более важно, ожидалось, что этот метод существенно увеличит срок службы батареи.[72]

Стекловидные электролиты

В марте 2017 года исследователи анонсировали твердотельный аккумулятор со стеклянным сегнетоэлектрик электролит из ионов лития, кислорода и хлора, легированный барием, металлический литиевый анод и композитный катод, контактирующий с медной подложкой. Пружина за медной катодной подложкой удерживает слои вместе при изменении толщины электродов. Катод состоит из частиц серного «окислительно-восстановительного центра», углерода и электролита. Во время разряда ионы лития покрывают катод металлическим литием, и сера не восстанавливается, если не происходит необратимого глубокого разряда. Утолщенный катод - это компактный способ хранения использованного лития. Во время перезарядки этот литий возвращается в стеклообразный электролит и, в конечном итоге, покрывает анод, который утолщается. Дендриты не образуются.[73] Плотность энергии элемента в 3 раза выше, чем у обычных литий-ионных батарей. Продемонстрирован увеличенный срок службы более 1200 циклов. Конструкция также позволяет заменять литий на натрий, сводя к минимуму экологические проблемы с литием.[74]

Соли

Супергалоген

Обычные электролиты обычно содержат галогены, которые токсичны. В 2015 году исследователи заявили, что эти материалы можно заменить нетоксичными. супергалогены без компромиссов в производительности. В супергалогенах энергии вертикального отрыва электрона фрагментов, составляющих отрицательные ионы, больше, чем у любого атома галогена.[75] Исследователи также обнаружили, что процедура, описанная для литий-ионных аккумуляторов, в равной степени применима и для других металло-ионных аккумуляторов, таких как натрий-ионные или магниево-ионные аккумуляторы.[76]

Вода в соли

В 2015 году исследователи из Университета Мэриленда и Армейская исследовательская лаборатория показал значительно возросший стабильный потенциальные окна за водный электролиты с очень высокой концентрацией солей.[77][78][79] Увеличивая моляльность из Бис (трифторметан) сульфонимид литиевая соль до 21 м, потенциальное окно может быть увеличено с 1,23 до 3 V из-за образования SEI на анодном электроде, что ранее достигалось только с неводными электролитами.[80] Использование водного, а не органического электролита может значительно повысить безопасность литий-ионных батарей.[77]

Дизайн и управление

Зарядка

В 2014 году исследователи Массачусетского технологического института Сандийские национальные лаборатории, Samsung Advanced Institute of Technology America и Национальная лаборатория Лоуренса Беркли обнаружил, что равномерная зарядка может использоваться с увеличенной скоростью зарядки для ускорения зарядки аккумулятора. Это открытие может также увеличить продолжительность цикла до десяти лет. Традиционно более медленная зарядка предотвращает перегрев, что сокращает срок службы. Исследователи использовали ускоритель частиц чтобы узнать, что в обычных устройствах каждое приращение заряда поглощается одной или небольшим количеством частиц, пока они не заряжаются, а затем движется дальше. Распределив схему заряда / разряда по всему электроду, можно уменьшить нагрев и разрушение, обеспечивая при этом гораздо большую плотность мощности.[81][82]

В 2014 г. исследователи Qnovo развитый программного обеспечения для смартфон и компьютерный чип способен сократить время перезарядки в 3-6 раз, а также увеличить срок службы аккумулятора. Технология способна понять, как аккумулятор нужно заряжать наиболее эффективно, избегая при этом образования дендриты.[83]

В 2019 году Чао-Ян Ван из Государственный университет Пенсильвании обнаружили, что можно заряжать (обычные) литий-ионные батареи электромобилей менее чем за 10 минут. Он сделал это, нагревая батарею до 60 ° C, заряжая ее, а затем быстро охлаждая. Это приводит к очень небольшому повреждению аккумуляторов. Профессор Ван использовал тонкую никелевую фольгу, один конец которой был прикреплен к отрицательной клемме, а другой конец выходил за пределы ячейки, чтобы создать третью клемму. Температурный датчик, прикрепленный к переключателю, замыкает цепь.[84]

Управление

Долговечность

В 2014 г. независимые исследователи из Канада анонсировала систему управления батареями, которая увеличила количество циклов в четыре раза, с удельной энергией 110 - 175 Втч / кг с использованием архитектуры батарейного блока и управления алгоритм что позволяет полностью использовать активные материалы в элементах батареи. Процесс поддерживает диффузию ионов лития на оптимальном уровне и устраняет поляризацию концентрации, что позволяет ионы для более равномерного прикрепления / отсоединения от катода. Слой SEI остается стабильным, предотвращая потери плотности энергии.[85][86]

Термический

В 2016 году исследователи объявили о системе обратимого отключения для предотвращения теплового разгона. В системе использовался термочувствительный полимерный переключающий материал. Этот материал состоит из электрохимически стабильных, покрытых графеном остроконечных наночастиц никеля в полимерной матрице с высоким коэффициентом теплового расширения. Электропроводность пленок при температуре окружающей среды составляла до 50 См / см. Электропроводность снижается в течение одной секунды на 107-108 при температуре перехода и самопроизвольно восстанавливается при комнатной температуре. Система предлагает 103–104x более высокая чувствительность, чем у предыдущих устройств.[87][88]

Гибкость

В 2014 году несколько исследовательских групп и поставщиков продемонстрировали гибкие аккумуляторные технологии для потенциального использования в текстильных изделиях и других областях.

Один метод сделал литий-ионные аккумуляторы гибкими, гибкими, скручиваемыми и ломкими с помощью Миура фолд. В этом открытии используются обычные материалы, и его можно использовать в складных смартфонах и других приложениях.[89]

Другой подход к использованию волокна из углеродных нанотрубок. пряжа. Утверждается, что волокна диаметром 1 мм достаточно легкие, чтобы создавать тканевые и пригодные для носки текстильные батареи. Пряжа была способна хранить около 71 мАч / г. Частицы манганата лития (LMO) были нанесены на лист углеродных нанотрубок (CNT) для создания композитной нити CNT-LMO для катода. Анодные композитные нити помещали лист УНТ между двумя листами УНТ, покрытыми силиконом. Когда по отдельности скручиваются, а затем наматываются вместе, разделенные гелевым электролитом, два волокна образуют батарею. Их также можно намотать на полимерное волокно для добавления к существующему текстилю. Когда кремниевые волокна заряжаются и разряжаются, кремний расширяется в объеме до 300 процентов, повреждая волокно. Слой УНТ между листом с силиконовым покрытием буферизировал изменение объема кремния и удерживал его на месте.[90]

Третий подход - это перезаряжаемые батареи, которые можно дешево печатать на широко используемых промышленных трафаретных принтерах. В аккумуляторах используется цинковый носитель заряда с твердым полимерным электролитом, который предотвращает образование дендритов и обеспечивает большую стабильность. Устройство выдержало 1000 циклов гибки без повреждений.[91]

Четвертая группа создала устройство толщиной в одну сотую дюйма, которое можно использовать как суперконденсатор. Техника заключалась в травлении слоя толщиной 900 нанометров. Фторид никеля (II) с регулярно расположенными отверстиями размером пять нанометров для увеличения емкости. В устройстве использован электролит из гидроксид калия в поливиниловый спирт. Устройство также можно использовать как суперконденсатор. Быстрая зарядка обеспечивает быструю разрядку, подобную суперконденсатору, а зарядка с меньшим током обеспечивает более медленную разрядку. Он сохранил 76 процентов своей первоначальной емкости после 10 000 циклов заряда-разряда и 1000 циклов изгиба. Плотность энергии составила 384 Втч / кг, а плотность мощности - 112 кВт / кг.[92]

Увеличение объема

Текущие исследования в первую очередь направлены на поиск новых материалов и определение их характеристик с помощью удельной емкости (мАч /грамм), который обеспечивает хорошую метрику для сравнения и сопоставления всех материалов электродов. В последнее время некоторые из наиболее многообещающих материалов демонстрируют большие объемные расширения, которые необходимо учитывать при разработке устройств. Менее известным в этой области данных является объемная емкость (мАч /см3) из различных материалов к их конструкции.

Нанотехнологии

Основная статья: Наноархитектуры для литий-ионных аккумуляторов

Исследователи использовали различные подходы к улучшению рабочих характеристик и других характеристик с помощью наноструктурированных материалов. Одна из стратегий - увеличить площадь поверхности электрода. Другая стратегия - уменьшить расстояние между электродами для уменьшения транспортных расстояний. Еще одна стратегия состоит в том, чтобы разрешить использование материалов, которые проявляют неприемлемые недостатки при использовании в объемных формах, таких как кремний.

Наконец, регулировка геометрии электродов, например, путем установки встречно-штыревых анодных и катодных блоков в виде рядов анодов и катодов, чередующихся анодов и катодов, гексагонально упакованных анодов 1: 2: катодов и чередующихся анодных и катодных треугольных полюсов. Один электрод можно вставлять в другой.

Углеродные нанотрубки и нанопровода были исследованы для различных целей, как и аэрогели и другие новые сыпучие материалы.

Наконец, были исследованы различные нанопокрытия для повышения стабильности и производительности электрода.

Наносенсоры теперь интегрируется в каждую ячейку батареи. Это поможет отслеживать состояние заряда в режиме реального времени, что будет полезно не только по соображениям безопасности, но также будет полезно для максимального использования батареи.[93]

Экономика

В 2016 г. исследователи из CMU обнаружили, что призматические ячейки с большей вероятностью выиграют от масштабирования производства, чем цилиндрические ячейки.[94][95]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б SiOC на основе полимеров, интегрированный с графеновым аэрогелем в качестве высокостабильного анода литий-ионной батареи ACS Appl. Mater. Интерфейсы 2020, 12, 41, 46045–46056
  2. ^ Кава, Роберт (1978). «Кристаллические структуры оксидов титана с добавками лития LiИксTiO2 анатаз, LiTi2О4 Шпинель и Ли2Ti2О4". Журнал химии твердого тела. 53: 64–75. Дои:10.1016/0022-4596(84)90228-7.
  3. ^ «Сверхбыстрая зарядка аккумуляторов, которые можно зарядить на 70% всего за две минуты». Science Daily. 13 октября 2014 г.. Получено 7 января 2017.
  4. ^ Фудзисима, А; Хонда, К. (1972). «Новый слоистый титанат, произведенный ионным обменом». Природа. 238 (5358): 37–40. Bibcode:1972Натура 238 ... 37F. Дои:10.1038 / 238037a0. PMID 12635268. S2CID 4251015.
  5. ^ Лу, Юхао (2011). «Поведение Ли Гость на узле KNb5O13 с одномерными туннелями и несколькими межстраничными сайтами». Химия материалов. 23 (13): 3210–3216. Дои:10,1021 / см200958r.
  6. ^ Пуазо, П. (2000). «Наноразмерные оксиды переходных металлов в качестве материалов отрицательных электродов для литий-ионных аккумуляторов». Природа. 407 (6803): 496–499. Bibcode:2000Натура.407..496П. Дои:10.1038/35035045. PMID 11028997. S2CID 205009092.
  7. ^ Уиттингем, М. Стэнли (1978). «Химия интеркаляционных соединений: металлические гости в халькогенидных хозяевах». Прогресс в химии твердого тела. 12: 41–99. Дои:10.1016/0079-6786(78)90003-1.
  8. ^ Уиттингем, М. С. (1976). «Накопление электрической энергии и химия интеркаляции». Наука. 192 (4244): 1126–1127. Bibcode:1976Научный ... 192.1126W. Дои:10.1126 / science.192.4244.1126. PMID 17748676. S2CID 36607505.
  9. ^ Пан, B (1995). «Характеристики и безопасность аккумуляторных батарей AA Li / LiMnO2». Журнал источников энергии. 54: 143–47. Дои:10.1016/0378-7753(94)02055-8.
  10. ^ Лей, W (2015). «Синергетический эффект полисульфида лития и нитрата лития для предотвращения роста дендритов лития». Nature Communications. 6: 7436–9. Bibcode:2015 НатКо ... 6.7436L. Дои:10.1038 / ncomms8436. PMID 26081242.
  11. ^ Нанотрубки делают литий-ионные батареи лучше, Nanotechweb.org, 3 марта 2014 г.
  12. ^ Е, Цзяньчао; Онг, Митчелл Т .; Хо, Тэ Ук; Кэмпбелл, Патрик Дж .; Уорсли, Маркус А .; Лю, Юаньюэ; Шин, Свани Дж .; Чарнваничборикарн, Супакит; Мэтьюз, Маньялибо Дж. (5 ноября 2015 г.). «Универсальные роли водорода в электрохимических характеристиках графена: высокая емкость и атомистическое происхождение». Научные отчеты. 5: 16190. Bibcode:2015НатСР ... 516190Y. Дои:10.1038 / srep16190. ЧВК 4633639. PMID 26536830.
  13. ^ Старк, Энн М. (5 ноября 2015 г.). «Использование водорода для улучшения литий-ионных батарей». Исследования и разработки. Получено 10 февраля 2016.
  14. ^ Ван, Юшэн (2015). «Пористый графен для материала анода литий-ионной батареи большой емкости». Прикладная наука о поверхности. 363: 318–322. Дои:10.1016 / j.apsusc.2015.11.264.
  15. ^ Арико, Антонино Сальваторе; Брюс, Питер; Скросати, Бруно; Тараскон, Жан-Мари; ван Шалквейк, Вальтер (май 2005 г.). «Наноструктурированные материалы для современных устройств преобразования и хранения энергии». Материалы Природы. 4 (5): 366–377. Bibcode:2005НатМа ... 4..366А. Дои:10.1038 / nmat1368. PMID 15867920. S2CID 35269951.
  16. ^ Чан, Кэндис К .; Пэн, Хайлинь; Лю, Гао; Макилурат, Кевин; Чжан, Сяо Фэн; Хаггинс, Роберт А .; Цуй, И (16 декабря 2007 г.). «Высокопроизводительные аноды литиевых батарей с использованием кремниевых нанопроволок». Природа Нанотехнологии. 3 (1): 31–35. Bibcode:2008НатНа ... 3 ... 31С. Дои:10.1038 / nnano.2007.411. PMID 18654447.
  17. ^ Szczech, Jeannine R .; Джин, Сон (2011). «Наноструктурированный кремний для анодов литиевых батарей большой емкости». Энергетика и экология. 4 (1): 56–72. Дои:10.1039 / C0EE00281J.
  18. ^ а б Исследователи, разрабатывающие дешевые и эффективные литий-ионные батареи, Дизайн и разработка продуктов, 1 апреля 2014 г., Меган Хазл
  19. ^ Бен Коксворт (14 февраля 2013 г.). «Наночастицы кремния, используемые для создания сверхмощной батареи». Новый Атлас. Получено 7 января 2017.
  20. ^ Ге, Минъюань; Ронг, Цзипэн; Фанг, Синь; Чжан, Аньи; Лу, Юньхао; Чжоу, Чунву (12 февраля 2013 г.). «Команда USC разрабатывает новый материал из пористых кремниевых наночастиц для высокоэффективных литий-ионных анодов». Нано исследования. 6 (3): 174–181. Дои:10.1007 / s12274-013-0293-у. S2CID 31924978. Получено 4 июн 2013.
  21. ^ Мак, Эрик (30 января 2016 г.). «Повышение уровня заряда литий-ионных аккумуляторов может происходить за счет« заключения »кремния в графен». Новый Атлас. Получено 6 января 2017.
  22. ^ Ли, Юйчжан; Ян, Кай; Ли, Хён Ук; Лу, Женда; Лю, Нянь; Цуй, И (2016). «Рост конформных графеновых каркасов на частицах кремния микрометрового размера в качестве стабильных анодов батарей». Энергия природы. 1 (2): 15029. Bibcode:2016НатЭн ... 115029л. Дои:10.1038 / nenergy.2015.29.
  23. ^ Ник Лаварс (19 февраля 2014 г.). «Гранатовый электрод может означать более длительный срок службы литий-ионной батареи». Новый Атлас. Получено 6 января 2017.
  24. ^ Joyce, C .; Trahy, L; Бауэр, Сара; Доган, Фуля; Воги, Джон (2012). «Металлические медные связующие для кремниевых электродов литий-ионных аккумуляторов». Журнал Электрохимического общества. 159 (6): A909–15. Дои:10.1149 / 2.107206jes. ISSN 0013-4651.
  25. ^ а б Trahey, L .; Кунг, H; Теккерей, М .; Воги, Джон (2011). "Влияние размерности и морфологии электрода на характеристики Cu2Sb Тонкопленочные электроды для литиевых батарей ». Европейский журнал неорганической химии. 2011 (26): 3984–3988. Дои:10.1002 / ejic.201100329.
  26. ^ а б Боргино, Дарио (25 февраля 2015 г.). «Уменьшение размеров кремния потенциально может иметь большие последствия для емкости литий-ионных аккумуляторов». Новый Атлас. Получено 6 января 2017.
  27. ^ Boukamp, ​​B.A .; Lesh, G.C .; Хаггинс, Р.А. (1981). «Все твердые литиевые электроды со смешанной проводящей матрицей». Журнал Электрохимического общества. 128 (4): 725–29. Дои:10.1149/1.2127495.
  28. ^ Исследователи WSU создают супер-литий-ионную батарею Проверено 10 января 2013 г.
  29. ^ «Университет штата Вашингтон получает финансирование для расширения производства новых оловянных батарей». MacroCurrent. 30 апреля 2013 г. Архивировано с оригинал 28 апреля 2014 г.. Получено 4 июн 2013.
  30. ^ а б Кеплер, К .; Воги, Джон; Теккерей, М. (1999). "ЛиИксCu6Sn5 Вставной интерметаллический электрод для литиевых аккумуляторных батарей ». Электрохимические и твердотельные буквы. 2: 307–309. Дои:10.1149/1.1390819.
  31. ^ Fransson, L .; Воги, Джон; Теккерей, М .; Эдстрем, К. (2003). «Структурные превращения в интерметаллическом электроде для литиевых батарей». Журнал Электрохимического общества. 150: A86-91. Дои:10.1149/1.1524610.
  32. ^ Тан, Синь Фу; Макдональд, Стюарт Д.; Гу, Циньфэнь; Ху, Юйсян; Ван, Ляньчжоу; Мацумура, Сё; Нисимура, Тетсуро; Ногита, Казухиро (2019). "Характеристика анодов литий-ионных аккумуляторов, изготовленных из Cu6Sn5 рост на медном токоприемнике ». Журнал источников энергии. 415: 50–61. Bibcode:2019JPS ... 415 ... 50 т. Дои:10.1016 / j.jpowsour.2019.01.034. ISSN 0378-7753.
  33. ^ Ван, Чжаодун; Шань, Чжунцян; Тиан, Цзяньхуа; Хуанг, Вэньлун; Луо, Диди; Чжу, Си; Мэн, Шусянь (2017). «Покрытый иммерсией композитный пленочный анод Cu6Sn5 / Sn для литий-ионной батареи». Журнал материаловедения. 52 (10): 6020–6033. Bibcode:2017JMatS..52.6020W. Дои:10.1007 / s10853-017-0841-z. ISSN 0022-2461. S2CID 135963600.
  34. ^ Jansen, A .; Клевенджер, Джессика; Бэблер, Анна; Воги, Джон (2011). «Переменные температурные характеристики анодных материалов интерметаллических литий-ионных батарей». Журнал сплавов и соединений. 509 (13): 4457–61. Дои:10.1016 / j.jallcom.2011.01.111. ISSN 0925-8388.
  35. ^ Kim, Il Seok .; Воги, Джон; Осьелло, Орландо (2008). "Тонкая пленка Cu6Sn5 Электроды: синтез <Свойства и токосъемные взаимодействия ». Журнал Электрохимического общества. 155: A448–51. Дои:10.1149/1.2904525. ISSN 0013-4651.
  36. ^ Ху, Жэньцзун; Уоллер, Гордон Генри; Ван, Юкун; Чен, Ю; Ян, Чэнхао; Чжоу, Вэйцзя; Чжу, Мин; Лю, Мэйлинь (2015). «Нанокомпозит Cu6Sn5 @ SnO2 – C со стабильной структурой ядро ​​/ оболочка в качестве высокооборотного анода для литий-ионных аккумуляторов». Нано Энергия. 18: 232–244. Дои:10.1016 / j.nanoen.2015.10.037. ISSN 2211-2855.
  37. ^ Fransson, L .; Vaughey, J; Бенедек, Р .; Воги, Джон; Эдстрем, К; Thomas, J .; Теккерей, М. (2001). «Фазовый переход в литированной Cu2Sb-аноды для литиевых батарей: дифракция рентгеновских лучей на месте ». Электрохимические коммуникации. 3: 317–323. Дои:10.1016 / S1388-2481 (01) 00140-0. ISSN 1388-2481.
  38. ^ Мартин, Ричард (25 октября 2015 г.). «Новые поролоновые аккумуляторы обещают быструю зарядку и большую емкость». Обзор технологий MIT. Получено 10 февраля 2016.
  39. ^ Соренсон, Э .; Барри, S; Jung, H.K .; Рондинелли, Джеймс; Воги, Джон; Поппельмайер, Кеннет (2006). «Трехмерно упорядоченный макропористый Li4Ti5O12: влияние структуры стенки на электрохимические характеристики». Химия материалов. 18: 482–489. Дои:10,1021 / см 052203y.
  40. ^ Аккумуляторы заряжаются очень быстро и сохраняют емкость благодаря новой конструкции, Информационное бюро штата Иллинойс, 21 марта 2011 г., Лиз Альберг
  41. ^ Маленький размер, большая мощность: новые микробатареи - толчок для электроники, Информационное бюро штата Иллинойс, 16 апреля 2013 г., Лиз Альберг
  42. ^ Пикуль, JH; Ганг Чжан, H; Чо, Дж; Браун, П.В. Кинг, WP (2013). «Мощные литий-ионные микробатареи из встречно-штыревых трехмерных бинепрерывных нанопористых электродов». Nature Communications. 4: 1732. Bibcode:2013НатКо ... 4.1732P. Дои:10.1038 / ncomms2747. PMID 23591899.
  43. ^ Войк, Элизабет. «Умный поворот батарей в смартфонах может помочь нам лучше использовать энергию ветра и солнца». Обзор технологий MIT. Получено 2 февраля 2017.
  44. ^ Ци, Чжаосян; Кениг, Гэри М. (15 августа 2016 г.). «Безуглеродная литий-ионная твердо-дисперсионная окислительно-восстановительная пара с низкой вязкостью для проточных окислительно-восстановительных батарей». Журнал источников энергии. 323: 97–106. Bibcode:2016JPS ... 323 ... 97Q. Дои:10.1016 / j.jpowsour.2016.05.033. ISSN 0378-7753.
  45. ^ Ци, Чжаосян; Лю, Аарон Л .; Кениг, Гэри М. (20 февраля 2017 г.). «Характеристики безуглеродных твердодисперсных окислительно-восстановительных пар LiCoO2 и электрохимическая оценка для всех твердодисперсных проточных окислительно-восстановительных батарей». Electrochimica Acta. 228: 91–99. Дои:10.1016 / j.electacta.2017.01.061. ISSN 0013-4686.
  46. ^ Ци, Чжаосян; Кениг, Гэри М. (июль 2017 г.). «Обзорная статья: проточные аккумуляторные системы с твердыми электроактивными материалами». Журнал Vacuum Science & Technology B, Нанотехнологии и микроэлектроника: материалы, обработка, измерения и явления. 35 (4): 040801. Дои:10.1116/1.4983210. ISSN 2166-2746.
  47. ^ Чернова, Н .; Ропполо, М; Диллон, Энн; Уиттингем, Стэнли (2009). «Слоистые оксиды ванадия и молибдена: аккумуляторы и электрохромика». Журнал химии материалов. 19 (17): 2526–2552. Дои:10.1039 / b819629j.
  48. ^ Завалий, Петр; Уиттингем, Стэнли (1999). «Структурная химия оксидов ванадия с открытыми каркасами». Acta Crystallographica Раздел B. 55 (5): 627–663. Дои:10.1107 / S0108768199004000. PMID 10927405.
  49. ^ Чираил, Томас; Завалий, Петр; Уиттингем, Стэнли (1998). «Гидротермальный синтез оксидов ванадия». Химия материалов. 10 (10): 2629–2640. Дои:10,1021 / см 980 242 м.
  50. ^ Лоз Блейн (2 ноября 2007 г.). «Subaru удваивает диапазон аккумуляторов в своей концепции электромобиля». Новый Атлас. Получено 7 января 2017.
  51. ^ Тан, Юйсинь; Руи, Сяньхун; Чжан, Яньян; Лим, Тути Мариана; Донг, Чжили; Хнг, Хьюи Хун; Чен, Сяодун; Ян, Цинъюй; Чен, Чжун (2013). «Катодные материалы из пятиокиси ванадия для высокоэффективных литий-ионных аккумуляторов, обеспечиваемые иерархической структурой наноцветков с помощью электрохимического процесса». J. Mater. Chem. А. 1 (1): 82–88. Дои:10.1039 / C2TA00351A. ISSN 2050-7488.
  52. ^ Афьон, Семих; Крумейх, Франк; Менсинг, Кристиан; Боргшульте, Андреас; Неспер, Рейнхард (19 ноября 2014 г.). «Новые катодные материалы большой емкости для литий-ионных аккумуляторов: ванадатно-боратные стекла». Научные отчеты. 4 (1): 7113. Bibcode:2014НатСР ... 4Э7113А. Дои:10.1038 / srep07113. ISSN 2045-2322. ЧВК 5382707. PMID 25408200.
  53. ^ Umair Irfan и ClimateWire (17 января 2014 г.). «Грязные внутренние элементы делают литий-ионную батарею лучше». Scientific American. Получено 7 января 2017.
  54. ^ «Стекло для аккумуляторных электродов». НИОКР. 13 января 2015 г.. Получено 6 января 2017.
  55. ^ "Батарея с морской водой пробуждает подводные мечты". Новый ученый. 25 апреля 2012 г.. Получено 22 июн 2012.
  56. ^ К. С. Джонсон, Дж. Т. Вои, М. М. Теккерей, Т. Е. Бофингер и С. А. Хакни «Электроды из слоистого оксида лития-марганца, полученные из предшественников каменной соли LixMnyOz (x + y = z)» 194-е заседание Электрохимического общества, Бостон, Массачусетс, ноябрь. 1-6, (1998)
  57. ^ Теккерей, М .; Канг, С.-Х; Johnson, C.S .; Воги, Джон; Бенедек, Рой; Хакни, S (2007). «Стабилизированные Li2MnO3 LiMO2 (M-Mn, Ni, Co) электроды для литий-ионных аккумуляторов». Журнал химии материалов. 17 (30): 31122–3125. Дои:10.1039 / b702425h.
  58. ^ Dogan, F .; Croy, J .; Balasubramanian, M .; Слейтер, доктор медицины; Iddir, H .; Johnson, C.S .; Vaughey, J .; Ки, Б. (2015). "Исследования твердотельного ЯМР Li2MnO3 и катодных материалов с высоким содержанием лития: внедрение протонов, локальная структура и замирание напряжения". Журнал Электрохимического общества. 162: A235 – A243. Дои:10.1149 / 2.1041501jes.
  59. ^ Croy, J .; Balasubramanian, M .; Gallagher, K .; Баррелл, А. (2015). «Обзор усилий Министерства энергетики США по« ​​глубокому погружению »в изучение падения напряжения на катодах с высоким содержанием лития и марганца». Отчеты о химических исследованиях. 48 (11): 2813–2821. Дои:10.1021 / acs.accounts.5b00277. OSTI 1237845. PMID 26451674.
  60. ^ A123 Systems представляет новую технологию литий-ионных аккумуляторов Nanophosphate EXT с оптимизированными характеристиками при экстремальных температурах; OEM микрогибридная программа запланирована на следующий год, Green Car Congress, 12 июня 2012 г.
  61. ^ Новая аккумуляторная технология A123 доходит до крайностей, EE Times, 12 июня 2012 г.
  62. ^ «Прорыв в аккумуляторных батареях для электронных устройств и электромобилей». KurzweilAI. 26 февраля 2015 г.. Получено 6 января 2017.
  63. ^ Ян, X. F .; Yang, J.-H .; Загиб, К .; Трюдо и М.Л .; Ин, Дж. Й. (март 2015 г.). «Синтез фазово-чистых пористых нанобоксов Li2MnSiO4 @ C для катодов литий-ионных аккумуляторов большой емкости». Нано Энергия. 12: 305–313. Дои:10.1016 / j.nanoen.2014.12.021.
  64. ^ Kumar, B .; Kumar, J .; Leese, R .; Fellner, J. P .; Родригес, С. Дж .; Абрахам, К. М. (2010). «Твердотельная перезаряжаемая литий-воздушная батарея с длительным сроком службы». Журнал Электрохимического общества. 157: A50. Дои:10.1149/1.3256129.
  65. ^ «Исследователи разрабатывают твердотельную перезаряжаемую литий-воздушную батарею с потенциалом более 1000 Втч / кг». Конгресс зеленых автомобилей. 21 ноября 2009 г.. Получено 28 августа 2013.
  66. ^ Исследователи усердно работают над тем, чтобы сделать литий-ионный аккумулятор лучше, Гигаом, 28 июля 2014 г., Кэти Ференбахер
  67. ^ Новый аккумулятор имеет в 7 раз более высокую плотность энергии, чем литий-ионные элементы, Nikkei Technology, 23 июля 2014 г., Мотохико Хамада
  68. ^ Ци, Чжаосян; Кениг, Гэри М. (16 августа 2016 г.). «Высокоэффективные субмикрометрические материалы LiCoO2 от масштабируемой обработки шаблона микрочастиц». ХимияВыбрать. 1 (13): 3992–3999. Дои:10.1002 / slct.201600872. ISSN 2365-6549.
  69. ^ Фань, Сюлинь; Ху, Энюань; Цзи, Сяо; Чжу, Ичжоу; Хан, Фудун; Хван, Суён; Лю, Цзюэ; Бак, Сонмин; Ма, Чжаохуэй (13 июня 2018 г.). «Высокая плотность энергии и обратимость катода из фторида железа, обеспечиваемая реакцией интеркаляции-экструзии». Nature Communications. 9 (1): 2324. Bibcode:2018НатКо ... 9.2324F. Дои:10.1038 / s41467-018-04476-2. ISSN 2041-1723. ЧВК 5998086. PMID 29899467.
  70. ^ Первый негорючий литий-ионный аккумулятор предотвратит взрыв вашего смартфона, автомобиля и самолета, Extreme Tech, 13 февраля 2014 г., Себастьян Энтони
  71. ^ «Скоро появятся аккумуляторные батареи с почти бесконечным сроком службы, - говорят инженеры MIT-Samsung». www.kurzweilai.net. 24 августа 2015 г.. Получено 10 февраля 2016.
  72. ^ Лаварс, Ник (4 мая 2014 г.). «Электролит двойного действия увеличивает емкость аккумуляторов с длительным сроком службы». Новый Атлас. Получено 6 января 2017.
  73. ^ Braga, M. H .; Грундиш, Н. С .; Murchison, A.J .; Гуденаф, Дж. Б. (2017). «Альтернативная стратегия безопасного перезаряжаемого аккумулятора». Энергетика и экология. 10: 331–336. Дои:10.1039 / c6ee02888h.
  74. ^ Хислоп, Мартин (1 марта 2017 г.). «Прорыв в твердотельных аккумуляторах для электромобилей от изобретателя литий-ионных аккумуляторов Джона Гуденафа». Новости энергетики Северной Америки. Американские энергетические новости. Получено 15 марта 2017.
  75. ^ Сантанаб Гири; Сваямпрабха Бехера; Пуру Йена (14 октября 2014 г.). «Супергалогены как строительные блоки безгалогенных электролитов в литий-ионных батареях». Angewandte Chemie. 126 (50): 14136–14139. Дои:10.1002 / ange.201408648.
  76. ^ Макнил, Брайан (24 октября 2014 г.). «Физики обнаружили токсичные галогены в литий-ионных батареях».
  77. ^ а б Суо, Лиумин; Бородин, Олег; Гао, Дао; Ольгин, Марко; Хо, Джанет; Фань, Сюлинь; Ло, Чао; Ван, Чуньшэн; Сюй, Кан (20 ноября 2015 г.). ""Водно-солевой «электролит» позволяет получать высоковольтные водные литий-ионные химические соединения. Наука. 350 (6263): 938–943. Дои:10.1126 / science.aab1595. ISSN 0036-8075. PMID 26586759. S2CID 206637574.
  78. ^ Суо, Лиумин; Бородин, Олег; Солнце, Вэй; Фань, Сюлинь; Ян, Чхонъинь; Ван, Фэй; Гао, Дао; Ма, Чжаохуэй; Шредер, Маршалл (13 июня 2016 г.). «Усовершенствованная высоковольтная водная литий-ионная батарея на основе электролита« вода в бисоле ». Angewandte Chemie International Edition. 55 (25): 7136–7141. Дои:10.1002 / anie.201602397. ISSN 1521-3773. PMID 27120336.
  79. ^ Смит, Лиланд; Данн, Брюс (20 ноября 2015 г.). «Открытие окна для водных электролитов». Наука. 350 (6263): 918. Дои:10.1126 / science.aad5575. ISSN 0036-8075. PMID 26586752. S2CID 206643843.
  80. ^ Ван, Фэй; Линь Юйсяо; Суо, Лиумин; Фань, Сюлинь; Гао, Дао; Ян, Чхонъинь; Хан, Фудун; Ци, Юэ; Сюй, Кан (29 ноября 2016 г.). «Стабилизирующий высоковольтный катод LiCoO2 в водном электролите с межфазообразующей добавкой». Энергетика и экология. 9 (12): 3666–3673. Дои:10.1039 / c6ee02604d. ISSN 1754-5706.
  81. ^ Хотите, чтобы литий-ионные аккумуляторы прослужили? Медленная зарядка не может быть ответом, Мир ПК
  82. ^ Почему литий-ионные батареи выходят из строя, Дизайн и разработка продуктов, 15 сентября 2014 г.
  83. ^ Программное обеспечение на вашем смартфоне может ускорить зарядку литий-ионного аккумулятора до 6 раз., Extreme Tech, 14 августа 2014 г., Себастьян Энтони
  84. ^ «Выезд и выезд с 10-минутной подзарядкой электромобиля | Университет штата Пенсильвания». news.psu.edu.
  85. ^ Новая технология управления батареями может увеличить емкость литий-ионных аккумуляторов на 40%, четыре цикла подзарядки., TreeHugger, 5 февраля 2014 г., Дерек Маркхэм
  86. ^ Аккумулятор для ноутбука с длительным сроком службы, который не нужен технологической индустрии, Глобус и почта, 6 февраля 2014 г., Джордана Дивон
  87. ^ «Стэнфордские исследователи разрабатывают термочувствительные батареи». ZME Science. 12 января 2016 г.. Получено 7 февраля 2016.
  88. ^ Чен, Чжэн; Сюй, По-Чун; Лопес, Джеффри; Ли, Юйчжан; К, Джон В. Ф .; Лю, Нан; Ван, Чао; Эндрюс, Шон С.; Лю, Цзя (11 января 2016 г.). «Быстрые и обратимые термочувствительные полимерные коммутационные материалы для более безопасных батарей». Энергия природы. 1 (1): 15009. Bibcode:2016 НатЭн ... 115009C. Дои:10.1038 / nenergy.2015.9.
  89. ^ Оригами: удивительно простой секрет создания гибких мощных литий-ионных батарей, Extreme Tech, 5 февраля 2014 г., Себастьян Энтони
  90. ^ Сандхана, Лакшми (30 мая 2014 г.). «Ученые создают пряжу для аккумуляторных батарей из литий-ионного волокна». Новый Атлас. Получено 7 января 2017.
  91. ^ Любовник, Даниэль (18 июля 2014 г.). «Гибкие печатные батареи для носимых устройств». Обзор технологий. Получено 7 января 2017.
  92. ^ Боргино, Дарио (2 мая 2014 г.). «Гибкая, высокопроизводительная батарея скоро найдет свое место в ваших умных часах». Новый Атлас. Получено 7 января 2017.
  93. ^ «Сотрудничество с AGM Batteries Ltd в самом разгаре». 12 октября 2016 г.. Получено 7 января 2017.
  94. ^ Cieza, Rebecca E .; Whitacrea, JF (2017). «Сравнение стоимости цилиндрических и призматических литий-ионных элементов с использованием модели затрат на основе процесса». Журнал источников энергии. 340: 273–281. Bibcode:2017JPS ... 340..273C. Дои:10.1016 / j.jpowsour.2016.11.054. уже достигнута экономия за счет масштаба, а будущее сокращение затрат за счет увеличения объемов производства минимально. Призматические ячейки, которые могут дополнительно извлекать выгоду из снижения стоимости за счет более крупных форматов, могут предложить дальнейшее сокращение, чем это возможно для цилиндрических элементов.
  95. ^ «Поставщик индивидуальных литий-ионных аккумуляторных батарей». LargePower. Получено 5 марта 2016.