Výzkum lithium-iontových baterií - Research in lithium-ion batteries

Výzkum lithium-iontových baterií přinesl mnoho navrhovaných vylepšení lithium-iontové baterie. Oblasti zájmu výzkumu se zaměřily na zlepšování hustota energie, bezpečnost, schopnost sazby, životnost cyklu, flexibilita a náklady.

Anoda

Lithium-iontová baterie anody byly tradičně vyrobeny z grafit. Grafitové anody jsou omezeny na teoretickou kapacitu 372 mAh / g pro svůj plně lithiovaný stav.[1] V této době byly navrženy a hodnoceny významné jiné třídy anodových materiálů lithium-iontových baterií jako alternativy ke grafitu, zejména v případech, kdy aplikace ve výklencích vyžadují nové přístupy.

Interkalační oxidy

Několik typů oxidů a sulfidů kovů může reverzibilně interkalovat lithiové kationty při napětí mezi 1 a 2 V proti lithium kov s malým rozdílem mezi kroky nabíjení a vybíjení. Mechanismus inzerce konkrétně zahrnuje lithiové kationty vyplňující krystalografická volná místa v hostitelské mřížce s minimálními změnami ve vazbě uvnitř hostitelské mřížky. Tím se odlišují interkalační anody od konverzních anod, které uchovávají lithium úplným narušením a tvorbou alternativních fází, obvykle jako lithia. Konverzní systémy jsou typicky nepřiměřené vůči lithiu a kovu (nebo nižšímu oxidu kovu) při nízkém napětí <1 V vs Li a reformují oxid kovu při napětí> 2 V, například CoO + 2Li -> Co + Li2Ó.

Oxid titaničitý

V roce 1984 vědci v Bell Labs uvádí syntézu a hodnocení řady lithiovaných titaničitanů. Zvláštní zájem byl o anatase forma oxidu titaničitého a lithia spinel LiTi2Ó4[2] Anatase bylo pozorováno, že má maximální kapacitu 150 mAh / g (0,5 Li / Ti) s kapacitou omezenou dostupností krystalografických volných míst v rámci. TiO2 polytyp brookit byl také hodnocen a bylo zjištěno, že je elektrochemicky aktivní, když je vyroben jako nanočástice s kapacitou přibližně poloviční oproti anatase (0,25 Li / Ti). V roce 2014 vědci z Technologická univerzita Nanyang použili materiály odvozené od gelu oxidu titaničitého odvozeného od přirozeně sférických částic oxidu titaničitého do nanotrubice[3]Kromě toho nepřirozeně se vyskytující elektrochemicky aktivní titanát označovaný jako TiO2(B) lze připravit iontovou výměnou s následnou dehydratací titaničitanu draselného K.2Ti4Ó9.[4] Tento vrstvený oxid může být vyráběn v různých formách, včetně nanodrátů, nanotrubiček nebo podlouhlých částic s pozorovanou kapacitou 210 mAh / gv napěťovém okně 1,5-2,0V (vs. Li).

Niobates

V roce 2011 uvedli Lu et al. Reverzibilní elektrochemickou aktivitu v porézním niobátu KNb5Ó13.[5] Tento materiál vložil přibližně 3,5 Li na jednotku vzorce (asi 125 mAh / g) při napětí blízkém 1,3 V (vs. Li). Toto nižší napětí (ve srovnání s titanty) je užitečné v systémech, kde je žádoucí vyšší hustota energie bez významné tvorby SEI, protože pracuje nad typickým průrazným napětím elektrolytu.

Oxidy přechodných kovů

V roce 2000 vědci z Université de Picardie Jules Verne zkoumali použití oxidů přechodových kovů ve velikosti nano jako konverzních anodových materiálů. Použitými kovy byly kobalt, nikl, měď a železo, u nichž se prokázalo, že mají kapacitu 700 mA h / g a udržují si plnou kapacitu po dobu 100 cyklů. Materiály pracují redukcí kovového kationtu buď na nanočástice kovu, nebo na oxid s nižším oxidačním stavem. Tyto slibné výsledky ukazují, že oxidy přechodových kovů mohou být užitečné při zajišťování integrity lithium-iontové baterie během mnoha cyklů vybíjení a nabíjení.[6]

Lithium

Lithium anody byly použity pro první lithium-iontové baterie v roce 1960, na základě TiS
2/ Li chemie buněk, ale nakonec byly nahrazeny kvůli tvorbě dendritů, které způsobovaly vnitřní zkraty a představovaly nebezpečí požáru.[7][8] V komerčních vzorech buněk nahrazen koncem 70. let 20. století grafit uhlík, úsilí pokračovalo v oblastech, které vyžadovaly lithium, včetně nabitých katod, jako je oxid manganičitý, oxid vanadičitý nebo oxid molybdenu a nějaký polymerní elektrolyt založené návrhy buněk. Zájem o anody lithium-kov byl obnoven se zvýšeným zájmem o vysokou kapacitu lithium-vzduchová baterie a lithium-sirná baterie systémy.

Výzkum zabraňující tvorbě dendritů byl aktivní oblastí částečně kvůli potřebě stabilní anody pro tyto nové chemie pro skladování energie mimo lithium. Doron Aurbach a spolupracovníci na Bar-Ilan University rozsáhle studovali roli rozpouštědla a soli při tvorbě filmů na povrchu lithia. Pozoruhodné pozorování bylo přidání LiNO3Zdálo se, že soli dioxolanu a hexafluoroarsenátu vytvářejí filmy, které inhibují tvorbu dendritů při zabudování redukovaného Li3Jako lithium-iontově vodivá složka.[9][10]

Non-grafitický uhlík

V konfiguracích článků lithium-iontových baterií se používají různé formy uhlíku. Kromě grafitu se v buňkách, jako jsou CNT, saze, uhlíkové uhlí, používají špatně nebo neelektrochemicky aktivní typy uhlíku. grafen, oxidy grafenu nebo MWCNT.

Nedávná práce zahrnuje úsilí výzkumníků v roce 2014 Northwestern University kdo zjistil, že kovové jednostěnné uhlíkové nanotrubice (SWCNT) přijímají lithium mnohem efektivněji než jejich polovodičové protějšky. Pokud jsou polovodivé filmy SWCNT hustší, absorbují lithium na úrovních srovnatelných s kovovými SWCNT.[11]

Úprava vodíkem grafen nanofoam Bylo prokázáno, že elektrody v LIB zlepšují jejich kapacitu a transportní vlastnosti. Metody chemické syntézy používané při standardní výrobě anod zanechávají značné množství atomů vodík. Experimenty a víceúrovňové výpočty odhalily, že nízkoteplotní vodíkové zpracování grafenu bohatého na defekty může zlepšit kapacitu rychlosti. Vodík interaguje s defekty grafenu a otevírá mezery, aby usnadnil penetraci lithia a zlepšil transport. Další reverzibilní kapacita je zajištěna zvýšenou vazbou lithia v blízkosti okrajů, kde se vodík s největší pravděpodobností váže.[12] Kapacitní frekvence se zvýšily o 17–43% při 200 mA / g.[13] V roce 2015 vědci v Číně použili porézní grafen jako materiál pro anodu lithium-iontové baterie, aby zvýšili specifickou kapacitu a vazebnou energii mezi atomy lithia na anodě. Vlastnosti baterie lze vyladit působením napětí. Vazebná energie se zvyšuje při použití biaxiálního napětí.[14]

Křemík

Hlavní článek: Lithium-křemíková baterie

Křemík je hojná země živel, a je poměrně levné vyladit na vysokou čistotu. Při legování lithium má teoretickou kapacitu ~ 3 600 miliampér hodin na gram (mAh / g), což je téměř 10násobek hustota energie z grafit elektrody, které vykazují maximální kapacitu 372 mAh / g pro svůj plně lithiovaný stav LiC6.[1] Jednou z inherentních vlastností křemíku je na rozdíl od uhlíku expanze mřížkové struktury až o 400% při plné lithiaci (nabíjení). U objemových elektrod to způsobuje velké gradienty strukturního napětí v expandujícím materiálu, což nevyhnutelně vede ke zlomeninám a mechanickému selhání, což významně omezuje životnost křemíkových anod.[15][16] V roce 2011 skupina vědců sestavila datové tabulky, které shrnují morfologii, složení a způsob přípravy těchto nanoskalit a nanostrukturovaných křemíkových anod spolu s jejich elektrochemickým výkonem.[17]

Porézní křemíkové nanočástice jsou reaktivnější než objemové křemíkové materiály a mají tendenci mít vyšší hmotnostní procento oxidu křemičitého v důsledku menší velikosti. Porézní materiály umožňují vnitřní expanzi objemu, což pomáhá řídit celkovou expanzi materiálů. Metody zahrnují křemíkovou anodu s hustotou energie nad 1100 mAh / g a trvanlivostí 600 cyklů, při nichž se používají porézní částice křemíku pomocí kulového mletí a leptání skvrn.[18]V roce 2013 vědci vyvinuli baterii vyrobenou z porézního křemíku nanočástice.[19][20]Níže jsou uvedeny různé strukturní morfologie, které se pokusily překonat problém s vnitřními vlastnostmi křemíku.

Zapouzdření křemíku

Jako metoda pro řízení schopnosti plně lithiovaného křemíku expandovat a stát se elektronicky izolovanou byla použita metoda pro umístění částic křemíku o průměru 3 nm do pláště grafen byla hlášena v roce 2016. Částice byly nejprve potaženy nikl. Vrstvy grafenu poté potáhly kov. Kyselina rozpustila nikl a ponechala v kleci dostatek prázdného prostoru, aby se křemík rozšířil. Částice se rozpadly na menší kousky, ale v klecích zůstaly funkční.[21][22]

V roce 2014 vědci zapouzdřili křemík nanočástice uvnitř uhlíkových skořápek a poté zapouzdřené shluky skořápek více uhlíku. Skořápky poskytují uvnitř dostatek místa, aby nanočástice mohly nabobtnat a zmenšit se, aniž by skořápky byly poškozeny, což zvyšuje odolnost.[23]

Křemíkový nanodrát

Hlavní článek: Baterie Nanowire

Anorganická elektroda s porézním křemíkem

V roce 2012 uvedli Vaughey a kol. Novou strukturu všech anorganických elektrod založenou na elektrochemicky aktivních křemíkových částicích vázaných na měděný substrát Cu3Si intermetalická.[24][25] Měděné nanočástice byly naneseny na předměty z křemíkových částic, sušeny a laminovány na měděnou fólii. Po žíhání nanočástice mědi žíhaly navzájem a na kolektoru měděného proudu za vzniku porézní elektrody s pojivem mědi, jakmile počáteční polymerní pojivo vyhořelo. Návrh měl výkon podobný konvenčním elektrodovým polymerním pojivům s výjimečnou schopností rychlosti v důsledku kovové povahy struktury a proudových drah.

Křemíkové nanovlákno

V roce 2015 byla předvedena prototypová elektroda, která se skládá z houby podobného křemíku nanovlákna zvyšuje Coulombovu účinnost a vyhýbá se fyzickému poškození způsobenému expanzí / kontrakcemi křemíku. Nanovlákna byla vytvořena aplikací vysokého napětí mezi rotujícím bubnem a tryskou emitující roztok tetraethyl ortosilikát (TEOS). Materiál byl poté vystaven hořčík páry. Nanovlákna obsahují na svém povrchu nanopóry o průměru 10 nm. Spolu s dalšími mezerami ve vláknové síti umožňují rozšíření křemíku bez poškození článku. Tři další faktory snižují expanzi: 1 nm obal oxidu křemičitého; druhý uhlíkový povlak, který vytváří nárazníkovou vrstvu; a velikost vlákna 8-25 nm, která je pod velikostí, při které má křemík tendenci se lámat.[26]

Konvenční lithium-iontové články používají pojiva, aby držely pohromadě aktivní materiál a udržovaly ho v kontaktu s kolektory proudu. Díky těmto neaktivním materiálům je baterie větší a těžší. Experimentální bezbinderové baterie se neomezují, protože jejich aktivní materiály lze vyrábět jen v malém množství. Prototyp nepotřebuje sběrače proudu, polymerní pojiva ani vodivá prášková aditiva. Křemík tvoří přes 80 procent hmotnosti elektrody. Elektroda dodala 802 mAh / g po více než 600 cyklech s Coulombickou účinností 99,9 procenta.[26]

Cín

Fáze lithia a cínu Zintl, objevené Eduard Zintl, byly po několik desetiletí studovány jako anodové materiály v systémech skladování lithium-iontové energie. Poprvé hlášeno v roce 1981 Robert Huggins,[27] systém má vícefázovou výbojovou křivku a uchovává přibližně 1000 mAh / g (Li22Sn5). Cín a jeho sloučeniny byly rozsáhle studovány, ale podobně jako křemík nebo germanium ve snaze komercializovat tyto materiály byly studovány anodové systémy, problémy spojené s objemovou expanzí (spojené s postupným plněním p-orbitalů a vložením esenciálního kationtu), nestabilní tvorba SEI a elektronická izolace. V roce 2013 byly práce na morfologické variaci provedeny výzkumnými pracovníky na Washingtonská státní univerzita použitý standard galvanické pokovování procesy k vytváření cínových jehel v nanoměřítku, které vykazují o 33% nižší objemovou expanzi během nabíjení.[28][29]

Intermetalické vkládací materiály

Pokud jde o anodové materiály pro interkalaci (nebo vložení) oxidu, byly od roku 1997 objeveny a studovány podobné třídy materiálů, kde je lithný kation vložen do krystalografických prázdných míst v kovové hostitelské mřížce. například Cu6Sn5,[30] Mn2Sb,[31] ve srovnání s jejich oxidovými protějšky bylo zjištěno nižší napětí a vyšší kapacity.

Cu6Sn5

Cu6Sn5 je intermetalická slitina s vadou NiAs typová struktura. v NiAs nomenklatura typu by to mělo stechiometrii Cu0.2CuSn, s 0,2 atomy Cu, které zaujímají obvykle neobsazenou krystalografickou polohu v mřížce. Tyto atomy mědi jsou přemístěny na hranice zrn, když jsou nabity za vzniku Li2CuSn. Se zadržením většiny vazeb kov-kov až do 0,5 V, Cu6Sn5 se stal atraktivním potenciálním anodovým materiálem díky své vysoké teoretické specifické kapacitě, odolnosti proti kovovému pokovování Li, zejména ve srovnání s anodami na bázi uhlíku, a stabilitě prostředí.[30][32][33] V tomto a souvisejících materiálech typu NiAs dochází k interkalaci lithia procesem vkládání, který vyplňuje dvě krystalografická volná místa v mřížce, současně s tím, jak je 0,2 mědi navíc přemístěno na hranice zrn. Úsilí o nabití kompenzující kovovou mřížku hlavní skupiny k odstranění přebytečné mědi mělo omezený úspěch.[34] Ačkoli je významná retence struktury zaznamenána až po ternární lithiovou sloučeninu Li2CuSn, nadměrné vypouštění materiálu vede k disproporcionaci s tvorbou Li22Sn5 a elementární měď. Tato úplná lithiace je doprovázena objemovým rozšířením přibližně o 250%. Současný výzkum se zaměřuje na zkoumání legování a nízkodimenzionálních geometrií ke zmírnění mechanického napětí během lithiace. Bylo prokázáno, že legování cínu prvky, které nereagují s lithiem, jako je měď, snižuje stres. Pokud jde o nízkodimenzionální aplikace, byly vyrobeny tenké vrstvy s vybíjecí kapacitou 1127 mAhg−1 s nadbytečnou kapacitou přidělenou lithium-iontovému skladování na hranicích zrn a spojenou s vadnými místy.[35] Další přístupy zahrnují výrobu nanokompozitů s Cu6Sn5 v jádru s nereaktivním vnějším pláštěm, SnO2-c hybridy se ukázaly jako účinné,[36] přizpůsobit objemové změny a celkovou stabilitu během cyklů.

Antimonid mědi

Vrstvené intermetalické materiály odvozené od Cu2Struktura typu Sb jsou atraktivní anodové materiály díky dostupnému otevřenému prostoru galerie a strukturálním podobnostem s výbojem Li2Produkt CuSb. Poprvé hlášeno v roce 2001.[37] V roce 2011 vědci uvedli metodu pro vytvoření porézních trojrozměrných elektrodových materiálů na bázi elektrolyticky uloženého antimonu na měděné pěny s následným žíháním při nízké teplotě. Bylo zaznamenáno zvýšení kapacity rychlosti snížením difuzních vzdáleností lithia a zvětšením povrchu proudového kolektoru.[25] V roce 2015 vědci oznámili 3-D bateriovou anodu v pevné fázi pomocí galvanicky pokoveného antimonidu mědi (měděná pěna). Anoda je poté vrstvena pevným polymerním elektrolytem, ​​který poskytuje fyzickou bariéru, přes kterou mohou cestovat ionty (ale ne elektrony). Katoda je inkoustová kaše. Objemová hustota energie byla až dvakrát větší než u běžných baterií. Pevný elektrolyt zabraňuje tvorbě dendritů.[38]

Trojrozměrná nanostruktura

Nanoinženýrské porézní elektrody mají výhodu krátkých difuzních vzdáleností, prostoru pro expanzi a kontrakci a vysokou aktivitu. V roce 2006 byl uveden příklad trojrozměrného inženýrského keramického oxidu založeného na lithném titanu, který měl dramatické zvýšení rychlosti oproti neporéznímu analogu.[39] Pozdější práce Vaughey a kol. Zdůraznila užitečnost elektrolytického nanášení elektroaktivních kovů na měděné pěny k vytvoření tenkovrstvých intermetalických anod. Tyto porézní anody mají kromě vyšší stability také vysoký výkon, protože porézní otevřená povaha elektrody umožňuje prostoru absorbovat část objemové expanze. V roce 2011 vědci z University of Illinois v Urbana-Champaign objevil, že zabalení tenkého filmu do a trojrozměrný nanostruktura může snížit dobu nabíjení o faktor 10 až 100. Tato technologie je také schopna dodávat vyšší napěťový výstup.[40] V roce 2013 tým vylepšil design mikrobaterie a poskytl třicetinásobek hustota energie 1 000x rychlejší nabíjení.[41] Tato technologie také přináší lepší výsledky hustota výkonu než superkondenzátory. Zařízení dosáhlo hustoty výkonu 7,4 W / cm2/ mm.[42]

Polotuhý

V roce 2016 vědci oznámili anodu složenou z kaše fosforečnanu lithno-železného a grafitu s kapalným elektrolytem. Tvrdili, že tato technika zvyšuje bezpečnost (anoda by se mohla deformovat bez poškození) a hustotu energie.[43] Průtoková baterie bez uhlíku, tzv Průtoková baterie Redox s pevným disperzí, bylo navrženo zvýšení hustoty energie a vysoká provozní účinnost.[44][45] Přehled různých polotuhých bateriových systémů naleznete zde.[46]

Katoda

Existuje několik druhů katod, ale obvykle je lze snadno rozdělit do dvou kategorií, a to nabitou a vybitou. Nabité katody jsou materiály s již existujícími krystalografickými volnými místy. Například tyto materiály spinelů, oxid vanadičitý, oxid molybdenu nebo LiV3Ó8, jsou obvykle testovány v konfiguracích buněk s a lithium kovovou anodu, protože ke svému fungování potřebují zdroj lithia. I když to není tak běžné v konstrukcích sekundárních článků, tato třída se běžně vyskytuje u primárních baterií, které nevyžadují dobíjení, jako jsou například implantovatelné baterie zdravotnických prostředků. Druhou odrůdou jsou vybité katody, kde katoda typicky ve vybitém stavu (kation ve stabilním stavu snížené oxidace), má elektrochemicky aktivní lithium a po nabití se vytvářejí krystalografická volná místa. Vzhledem k jejich zvýšené bezpečnosti výroby a bez nutnosti zdroje lithia na anoda, tato třída je běžněji studována. Mezi příklady patří oxid kobaltnatý lithný, oxid kobaltu lithium-nikl-manganatý NMC nebo fosforečnan lithný olivín které lze kombinovat s většinou anody jako grafit, spinel lithium titaničitý, oxid titaničitý, křemík nebo intermetalické vkládací materiály k vytvoření funkčního elektrochemického článku.

Oxidy vanadu

Oxidy vanadu byly běžnou třídou katod ke studiu kvůli jejich vysoké kapacitě, snadnosti syntézy a elektrochemickému oknu, které dobře odpovídá běžným polymerní elektrolyty. Katody oxidů vanadu, obvykle klasifikované jako nabité katody, se vyskytují v mnoha různých typech struktur. Tyto materiály byly rozsáhle studovány Stanley Whittingham mezi ostatními.[47][48][49] V roce 2007 Subaru představil baterii s dvojnásobnou hustotou energie, přičemž 80% nabití trvalo jen 15 minut. Použili nanostrukturovaný oxid vanadu, který je schopen vložit na katodu dvakrát až třikrát více iontů lithia než vrstvený oxid kobaltu lithia.[50] V roce 2013 vědci ohlásili syntézu hierarchických nanoflowers oxidu vanadu (V10Ó24·nH2O) syntetizovaný oxidační reakcí vanadové fólie v a NaCl vodný roztok. Elektrochemické testy ukazují, že poskytují vysoké reverzibilní specifické kapacity se 100% coulombickou účinností, zejména při vysokých rychlostech C (např., 140 mAh g−1 při 10 ° C).[51] V roce 2014 vědci oznámili použití skel vanadate-borate (V2Ó5 - LiBO2 sklo se sníženým oxidem grafitu) jako katodový materiál. Katoda dosáhla přibližně 1000 Wh / kg s vysokou specifickou kapacitou v rozmezí ~ 300 mAh / g během prvních 100 cyklů.[52]

Neuspořádané materiály

V roce 2014 vědci z Massachusetts Institute of Technology zjistili, že vytvoření lithium-iontových baterií s vysokým obsahem lithia s poruchami kationtů mezi elektroaktivními kovy by mohlo dosáhnout 660 watthodiny na kilogram v 2.5 voltů.[53] Materiály stechiometrie Li2MO3-Limonáda2 jsou podobné jako lithium lithium-nikl-mangan-oxid kobaltu (NMC) materiály, ale bez uspořádání kationů. Extra lithium vytváří lepší difúzní dráhy a eliminuje body přechodu vysoké energie ve struktuře, které inhibují difúzi lithia.

Brýle

V roce 2015 vědci smíchali práškovou směs oxid vanadičitý boritanovými sloučeninami při 900 ° C a rychle ochladila taveninu za vzniku skla. Výsledné papírové tenké listy byly poté rozdrceny na prášek, aby se zvětšil jejich povrch. Prášek byl potažen redukovaným oxidem grafitu (RGO) pro zvýšení vodivosti při ochraně elektrody. Potažený prášek byl použit pro bateriové katody. Pokusy ukázaly, že kapacita byla při vysokých rychlostech vybíjení poměrně stabilní a zůstala konzistentně po dobu 100 cyklů nabíjení / vybíjení. Hustota energie dosáhla přibližně 1 000 watthodin na kilogram a kapacita vybíjení přesáhla 300 mAh / g.[54]

Síra

Používá se jako katoda pro a lithium-sirná baterie tento systém má vysokou kapacitu pro tvorbu Li2S. V roce 2014 vědci z USC Viterbi School of Engineering použitý a oxid grafitu potažené síra katoda k vytvoření baterie s 800 mAh / g pro 1 000 cyklů nabíjení / vybíjení, což je více než 5krát větší hustota energie než u komerčních katod. Síra je bohatá, levná a má nízkou toxicitu. Síra je slibným kandidátem na katodu díky vysoké teoretické hustotě energie, která je více než 10krát vyšší než u katod z oxidu kovu nebo fosfátu. Nízká životnost síry však zabránila její komercializaci. Tvrdí se, že povlak oxidu grafenu nad sírou řeší problém trvanlivosti cyklu. Vysoký povrch oxidu grafenu, chemická stabilita, mechanická pevnost a pružnost.[18]

Mořská voda

V roce 2012 vytvořili vědci z Polyplus Corporation baterii s hustota energie více než trojnásobek tradičních lithium-iontových baterií využívajících halogenidy nebo organické materiály mořská voda jako aktivní katoda. Jeho hustota energie je 1300 W · h / kg, což je mnohem více než tradiční 400 W · h / kg. Má pevnou lithiovou kladnou elektrodu a pevný elektrolyt. Může být použit v podvodních aplikacích.[55]

Lithiové katody

Viz také: Oxidy lithia, niklu a kobaltu hliníku

Lithium-nikl-mangan-oxid kobaltnatý

Viz také: Oxidy kobaltu lithia, niklu a manganu kobaltu

V roce 1998 tým z Argonne National Laboratory informoval o objevu bohatého na lithium NMC katody.,[56][57] Tyto vysokokapacitní vysokonapěťové materiály sestávají z nanodomén dvou strukturně podobných, ale odlišných materiálů. Na prvním nabití, známém svou dlouhou plošinou kolem 4,5 V (vs Li), aktivační krok vytvoří strukturu, která se postupně ekvilibruje na stabilnější materiály přemístěním kationtů z bodů s vysokou energií do bodů s nižší energií v mřížce. Duševní vlastnictví obklopující tyto materiály bylo licencováno několika výrobcům, včetně BASF, General Motors pro Chevy Volt a Chevy Bolt, a Toda. Mechanismus vysoké kapacity a postupného slábnutí napětí byl důkladně prozkoumán. Obecně se předpokládá, že krok aktivace vysokého napětí indukuje různé kationtové defekty, které se při cyklování ekvilibrují přes místa s lithiovou vrstvou do stavu s nízkou energií, který vykazuje nižší napětí článku, ale s podobnou kapacitou.[58][59]

Fosforečnan lithný

LiFePO4 je 3,6 V lithium-iontová baterie katoda původně hlášeny John Goodenough a je strukturálně příbuzný minerálu olivín a sestává z trojrozměrné mřížky rámce [FePO4] obklopujícího lithiový kation. Lithiový kation leží v jednorozměrném kanálu podél osy krystalové struktury. Toto vyrovnání poskytuje anizotropní iontovou vodivost, která má důsledky pro její použití jako bateriové katody a činí morfologickou kontrolu důležitou proměnnou v jejím výkonu elektrochemické rychlosti článku. Ačkoli analog železa je díky své stabilitě nejkomerčnější, pro nikl, mangan a kobalt existuje stejné složení, ačkoli pozorované vysoké nabíjecí napětí článků a syntetické výzvy pro tyto materiály je činí životaschopnými, ale je obtížnější je komercializovat. I když má materiál dobrou iontovou vodivost, má špatnou vnitřní elektronickou vodivost. Díky této kombinaci jsou nanofázové kompozice a kompozity nebo povlaky (ke zvýšení elektronické vodivosti celé matrice) výhodné jako materiály jako uhlík. Alternativy k nanočásticím zahrnují strukturu mesoscale, jako je baterie nanoball olivínu LiFePO4 které mohou mít schopnost rychlosti o dva řády vyšší než náhodně seřazené materiály. Rychlé nabíjení souvisí s vysokou povrchovou plochou nanobulí, kde jsou elektrony přenášeny na povrch katody vyšší rychlostí.

V roce 2012 vědci z Systémy A123 vyvinula baterii, která pracuje v extrémních teplotách bez nutnosti použití tepelného managementu. Prošel 2 000 cykly úplného nabití a vybití při 45 ° C při zachování hustoty energie přes 90%. Dělá to pomocí nanofosfátové pozitivní elektrody.[60][61]

Oxid křemičitý lithium-manganatý

„lithium ortosilikát „katodová sloučenina“, Li
2MnSiO
4, byl schopen podporovat nabíjecí kapacitu 335 mAh / g.[62] Li2MnSiO4@C porézní nanoboxy byly syntetizovány metodou mokré chemie v pevné fázi. Materiál vykazoval dutou nanostrukturu s krystalickým porézním obalem složeným z fázově čistého Li2MnSiO4 nanokrystaly. Prášková rentgenová difrakce vzory a transmisní elektronová mikroskopie obrázky odhalily, že vysoké fázové čistoty a porézní architektury nanoboxů bylo dosaženo pomocí monodispergovaného MnCO3@SiO2 jádro – skořápka nanokubu s kontrolovanou tloušťkou skořápky.[63]

Vzduch

Hlavní článek: Lithium-vzduchová baterie

V roce 2009 vědci z Výzkumný ústav University of Dayton oznámila polovodičovou baterii s vyšší hustota energie který používá vzduch jako svou katodu. Po úplném rozvinutí by hustota energie mohla překročit 1 000 Wh / kg.[64][65]V roce 2014 vědci na School of Engineering na univerzitě v Tokiu a Nippon Shokubai objevili toto přidání kobalt do oxid lithný krystalová struktura ji dala sedmkrát větší hustota energie.[66][67] V roce 2017 uvedli vědci z University of Virginia škálovatelnou metodu pro výrobu oxidu lithného kobaltu v mikrometrickém měřítku.[68]

Fluorid železa

Fluorid železa, potenciální interkalační-konverzní katoda, vykazuje vysokou teoretickou hustotu energie 1922 Wh kg−1. Tento materiál vykazuje špatnou elektrochemickou reverzibilitu. Když je dopován kobaltem a kyslíkem, reverzibilita se zlepšuje na více než 1000 cyklů a kapacita dosahuje 420 mAh g−1. Doping mění reakci z méně reverzibilní interkalační konverze na vysoce reverzibilní interkalační extrudaci.[69]

Elektrolyt

V současné době, elektrolyty jsou obvykle vyrobeny z lithia soli v kapalině organické rozpouštědlo. Běžnými rozpouštědly jsou organické uhličitany (cyklické, s přímým řetězcem), sulfony, imidy, polymery (polyethylenoxid) a fluorované deriváty. Mezi běžné soli patří LiPF6, LiBF4, LiTFSI a LiFSI. Výzkum se soustředí na zvýšenou bezpečnost snížením hořlavosti a snížením zkratů prevencí dendrity.

Perfluorpolyether

V roce 2014 vědci z University of North Carolina našel způsob, jak nahradit hořlavé organické rozpouštědlo elektrolytu nehořlavým perfluorpolyetherem (PFPE). PFPE se obvykle používá jako průmyslové mazivo, např. K zabránění ulpívání mořského života na dně lodi. Materiál vykazoval nebývalé vysoké přenosové počty a nízkou elektrochemickou polarizaci, což svědčí o vyšší životnosti cyklu.[70]

Pevné skupenství

Hlavní článek: Polovodičová lithium-iontová baterie

Ačkoli se na trh nedostaly žádné polovodičové baterie, zkoumá tuto alternativu několik skupin. Představa je, že polovodičové konstrukce jsou bezpečnější, protože zabraňují dendritům ve zkratech. Rovněž mají potenciál podstatně zvýšit hustotu energie, protože jejich pevná povaha zabraňuje tvorbě dendritů a umožňuje použití čistých kovových lithiových anod. Mohou mít další výhody, například provoz při nižší teplotě.

V roce 2015 vědci oznámili elektrolyt pomocí superiontových lithium-iontových vodičů, což jsou sloučeniny lithia, germania, fosforu a síry.[71]

Thiofosfát

V roce 2015 vědci pracovali s lithium-uhlík-fluoridovou baterií. Začlenili pevný elektrolyt thiofosforečnanu lithného, ​​přičemž elektrolyt a katoda spolupracovaly, což mělo za následek kapacitu 26 procent. Při výboji elektrolyt generuje sůl fluoridu lithného, ​​která dále katalyzuje elektrochemickou aktivitu a převádí neaktivní složku na aktivní. Ještě významněji se od této techniky očekávalo podstatné prodloužení životnosti baterie.[72]

Skelné elektrolyty

V březnu 2017 vědci oznámili polovodičovou baterii se skleněnou feroelektrický elektrolyt iontů lithia, kyslíku a chloru dopovaný bariem, kovová anoda lithia a kompozitní katoda v kontaktu s měděným substrátem. Pružina za substrátem měděné katody drží vrstvy pohromadě, když se elektrody mění tloušťka. Katoda obsahuje částice síry „redox center“, uhlík a elektrolyt. Během výboje lithiové ionty pokrývají katodu lithiovým kovem a síra se nesnižuje, pokud nedojde k nevratnému hlubokému výboji. Zesílená katoda je kompaktní způsob skladování použitého lithia. Během dobíjení se toto lithium přesune zpět do sklovitého elektrolytu a nakonec pokryje anodu, která zesílí. Žádná forma dendritů.[73] Článek má 3krát větší hustotu energie než běžné lithium-iontové baterie. Byla prokázána prodloužená životnost více než 1 200 cyklů. Konstrukce také umožňuje náhradu sodíku za lithium, čímž se minimalizují environmentální problémy lithia.[74]

Solí

Superhalogen

Konvenční elektrolyty obecně obsahují halogeny, které jsou toxické. V roce 2015 vědci tvrdili, že tyto materiály lze nahradit netoxickými superhalogeny bez kompromisů ve výkonu. V superhalogenech jsou vertikální energie pro oddělení elektronů skupin, které tvoří záporné ionty, větší než energie jakéhokoli atomu halogenu.[75] Vědci také zjistili, že postup popsaný pro lithium-iontové baterie je stejně platný i pro jiné kovové-iontové baterie, jako jsou sodíkové nebo hořčíkově-iontové baterie.[76]

Voda ve slané vodě

V roce 2015 vědci z University of Maryland and the Army Research Laboratory vykazovaly významně zvýšenou stabilitu potenciální okna pro vodný elektrolyty s velmi vysokou koncentrací solí.[77][78][79] Zvýšením molalita z Bis (trifluormethan) sulfonimid lithná sůl do 21 m, potenciální okno bylo možné zvýšit z 1,23 na 3 PROTI v důsledku tvorby SEI na anodové elektrodě, které bylo dříve dosaženo pouze nevodnými elektrolyty.[80] Použití vodného a ne organického elektrolytu by mohlo výrazně zlepšit bezpečnost lithium-iontových baterií.[77]

Návrh a řízení

Nabíjení

V roce 2014 vědci na MIT, Sandia National Laboratories, Samsung Advanced Institute of Technology America a Lawrence Berkeley National Laboratory zjistili, že pro zvýšení rychlosti nabíjení lze použít jednotné nabíjení se zvýšenou rychlostí nabíjení. Tento objev by také mohl zvýšit životnost cyklu na deset let. Tradičně pomalejší nabíjení zabraňovalo přehřátí, což zkracuje životnost cyklu. Vědci použili a urychlovač částic naučit se, že v konvenčních zařízeních je každý přírůstek náboje pohlcen jednou nebo malým počtem částic, dokud nejsou nabity, a pak jde dál. Distribucí obvodů nabíjení / vybíjení po celé elektrodě lze snížit zahřívání a degradaci a zároveň umožnit mnohem vyšší hustotu energie.[81][82]

V roce 2014 vědci z Qnovo rozvinutý software pro chytrý telefon a a počítačový čip schopný zkrátit dobu nabíjení o faktor 3-6 a zároveň zvýšit životnost cyklu. Tato technologie je schopna porozumět tomu, jak je třeba baterii nabíjet co nejúčinněji, a přitom se vyvarovat tvorbě dendrity.[83]

V roce 2019 Chao-Yang Wang z Penn State University zjistil, že je možné dobít (konvenční) lithium-iontové baterie EV za méně než 10 minut. Udělal to zahřátím baterie na 60 ° C, dobitím a následným rychlým ochlazením. To způsobí jen velmi malé poškození baterií. Profesor Wang použil tenkou niklovou fólii s jedním koncem připojeným k záporné svorce a druhým koncem přesahujícím ven z buňky, aby vytvořil třetí koncovku. Teplotní senzor připojený ke spínači doplňuje obvod.[84]

Řízení

Trvanlivost

V roce 2014 nezávislí vědci z Kanada ohlásil systém správy baterií, který čtyřnásobně zvýšil cykly, že se specifickou energií 110 - 175 Wh / kg s využitím architektury sady baterií a řízení algoritmus což mu umožňuje plně využívat aktivní materiály v článcích baterie. Tento proces udržuje lithium-iontovou difúzi na optimálních úrovních a eliminuje polarizační koncentraci, což umožňuje ionty aby byly rovnoměrněji připojeny / odděleny od katody. Vrstva SEI zůstává stabilní a brání ztrátám energetické hustoty.[85][86]

Tepelný

V roce 2016 vědci oznámili reverzibilní systém vypnutí, který zabrání tepelnému úniku. V systému byl použit termorezistentní materiál pro přepínání polymerů. Tento materiál sestává z elektrochemicky stabilních nanočástic špičatého niklu pokrytých grafenem v polymerní matrici s vysokým koeficientem tepelné roztažnosti. Elektrická vodivost filmu při teplotě okolí byla až 50 S cm-1. Vodivost klesá během jedné sekundy o 107-108 při teplotě přechodu a spontánně se zotavuje při teplotě místnosti. Systém nabízí 103–104x větší citlivost než předchozí zařízení.[87][88]

Flexibilita

V roce 2014 demonstrovalo několik výzkumných týmů a prodejců flexibilní technologie baterií pro potenciální použití v textilních a jiných aplikacích.

One technique made li-ion batteries flexible, bendable, twistable and crunchable using the Miura fold. This discovery uses conventional materials and could be commercialized for foldable smartphones and other applications.[89]

Another approached used carbon nanotube fiber příze. The 1 mm diameter fibers were claimed to be lightweight enough to create weavable and wearable textile batteries. The yarn was capable of storing nearly 71 mAh/g. Lithium manganate (LMO) particles were deposited on a carbon nanotube (CNT) sheet to create a CNT-LMO composite yarn for the cathode. The anode composite yarns sandwiched a CNT sheet between two silicon-coated CNT sheets. When separately rolled up and then wound together separated by a gel electrolyte the two fibers form a battery. They can also be wound onto a polymer fiber, for adding to an existing textile. When silicon fibers charge and discharge, the silicon expands in volume up to 300 percent, damaging the fiber. The CNT layer between the silicon-coated sheet buffered the silicon's volume change and held it in place.[90]

A third approach produced rechargeable batteries that can be printed cheaply on commonly used industrial screen printers. The batteries used a zinc charge carrier with a solid polymer electrolyte that prevents dendrite formation and provides greater stability. The device survived 1,000 bending cycles without damage.[91]

A fourth group created a device that is one hundredth of an inch thick and doubles as a supercapacitor. The technique involved etching a 900 nanometer-thick layer of Fluorid nikelnatý with regularly spaced five nanometer holes to increase capacity. The device used an electrolyte made of hydroxid draselný v polyvinylalkohol. The device can also be used as a supercapacitor. Rapid charging allows supercapacitor-like rapid discharge, while charging with a lower current rate provides slower discharge. It retained 76 percent of its original capacity after 10,000 charge-discharge cycles and 1,000 bending cycles. Energy density was measured at 384 Wh/kg, and power density at 112 kW/kg.[92]

Rozšíření hlasitosti

Current research has been primarily focused on finding new materials and characterising them by means of specific capacity (mAh/G), which provides a good metric to compare and contrast all electrode materials. Recently, some of the more promising materials are showing some large volume expansions which need to be considered when engineering devices. Lesser known to this realm of data is the volumetric capacity (mAh/cm3) of various materials to their design.

Nanotechnologie

Hlavní článek: Nanoarchitectures for lithium-ion batteries

Researchers have taken various approaches to improving performance and other characteristics by using nanostructured materials. One strategy is to increase electrode surface area. Another strategy is to reduce the distance between electrodes to reduce transport distances. Yet another strategy is to allow the use of materials that exhibit unacceptable flaws when used in bulk forms, such as silicon.

Finally, adjusting the geometries of the electrodes, e.g., by interdigitating anode and cathode units variously as rows of anodes and cathodes, alternating anodes and cathodes, hexagonally packed 1:2 anodes:cathodes and alternating anodic and cathodic triangular poles. One electrode can be nested within another.

Uhlíkové nanotrubice a nanodráty have been examined for various purposes, as have aerogely and other novel bulk materials.

Finally, various nanocoatings have been examined, to increase electrode stability and performance.

Nanosensors is now being integrated in to each cell of the battery. This will help to monitor the state of charge in real time which will be helpful not only for security reason but also be useful to maximize the use of the battery.[93]

Ekonomika

In 2016, researchers from CMU found that prismatic cells are more likely to benefit from production scaling than cylindrical cells.[94][95]

Viz také

Reference

  1. ^ A b Polymerem odvozený SiOC integrovaný s grafenovým aerogelem jako vysoce stabilní lithium-iontová bateriová anoda ACS Appl. Mater. Rozhraní 2020, 12, 41, 46045–46056
  2. ^ Cava, Robert (1978). "The Crystal Structures of Lithium-Inserted Titanium Oxides LiXTiO2 anatase, LiTi2Ó4 Spinel and Li2Ti2Ó4". Journal of Solid State Chemistry. 53: 64–75. doi:10.1016/0022-4596(84)90228-7.
  3. ^ "Ultra-fast charging batteries that can be 70% recharged in just two minutes". Věda denně. 13. října 2014. Citováno 7. ledna 2017.
  4. ^ Fujishima, A; Honda, K (1972). "A New Layered Titanate Produced by Ion Exchange". Příroda. 238 (5358): 37–40. Bibcode:1972 Natur.238 ... 37F. doi:10.1038 / 238037a0. PMID  12635268. S2CID  4251015.
  5. ^ Lu, Yuhao (2011). "Behavior of Li Guest in KNb5O13 Host with One-Dimensional Tunnels and Multiple Interstitial Sites". Chemie materiálů. 23 (13): 3210–3216. doi:10.1021/cm200958r.
  6. ^ Poizot, P. (2000). „Oxidy přechodných kovů velikosti Nano jako materiály se zápornými elektrodami pro lithium-iontové baterie“. Příroda. 407 (6803): 496–499. Bibcode:2000Natur.407..496P. doi:10.1038/35035045. PMID  11028997. S2CID  205009092.
  7. ^ Whittingham, M.Stanley (1978). "Chemistry of intercalation compounds: Metal guests in chalcogenide hosts". Pokrok v chemii pevných látek. 12: 41–99. doi:10.1016/0079-6786(78)90003-1.
  8. ^ Whittingham, M. S. (1976). "Skladování elektrické energie a chemie interkalace". Věda. 192 (4244): 1126–1127. Bibcode:1976Sci ... 192.1126W. doi:10.1126 / science.192.4244.1126. PMID  17748676. S2CID  36607505.
  9. ^ Pan, B (1995). "Performance and Safety Behavior of Rechargeable AA Li/LiMnO2 Cell". Journal of Power Sources. 54: 143–47. doi:10.1016/0378-7753(94)02055-8.
  10. ^ Lei, W (2015). "The synergetic effect of lithium polysulfide and lithium nitrate to prevent lithium dendrite growth". Příroda komunikace. 6: 7436–9. Bibcode:2015NatCo...6.7436L. doi:10.1038/ncomms8436. PMID  26081242.
  11. ^ Nanotubes make for better lithium-ion batteries, Nanotechweb.org, 3 March 2014.
  12. ^ Ye, Jianchao; Ong, Mitchell T .; Heo, Tae Wook; Campbell, Patrick G.; Worsley, Marcus A.; Liu, Yuanyue; Shin, Swanee J.; Charnvanichborikarn, Supakit; Matthews, Manyalibo J. (5 November 2015). "Universal roles of hydrogen in electrochemical performance of graphene: high rate capacity and atomistic origins". Vědecké zprávy. 5: 16190. Bibcode:2015NatSR...516190Y. doi:10.1038/srep16190. PMC  4633639. PMID  26536830.
  13. ^ Stark, Anne M. (5 November 2015). "Using hydrogen to enhance lithium-ion batteries". Research & Development. Citováno 10. února 2016.
  14. ^ Wang, Yusheng (2015). "Porous graphene for high capacity lithium ion battery anode material". Aplikovaná věda o povrchu. 363: 318–322. doi:10.1016/j.apsusc.2015.11.264.
  15. ^ Aricò, Antonino Salvatore; Bruce, Peter; Scrosati, Bruno; Tarascon, Jean-Marie; van Schalkwijk, Walter (May 2005). "Nanostructured materials for advanced energy conversion and storage devices". Přírodní materiály. 4 (5): 366–377. Bibcode:2005NatMa...4..366A. doi:10.1038/nmat1368. PMID  15867920. S2CID  35269951.
  16. ^ Chan, Candace K .; Peng, Hailin; Liu, Gao; McIlwrath, Kevin; Zhang, Xiao Feng; Huggins, Robert A .; Cui, Yi (16 December 2007). "Vysoce výkonné anody lithiové baterie využívající křemíkové nanodráty". Přírodní nanotechnologie. 3 (1): 31–35. Bibcode:2008NatNa ... 3 ... 31C. doi:10.1038 / nnano.2007.411. PMID  18654447.
  17. ^ Szczech, Jeannine R.; Jin, Song (2011). "Nanostructured silicon for high capacity lithium battery anodes". Energetika a věda o životním prostředí. 4 (1): 56–72. doi:10.1039/C0EE00281J.
  18. ^ A b Researchers Developing Cheap, Better-Performing Lithium-Ion Batteries, Product Design & Development, 1 April 2014, Megan Hazle
  19. ^ Ben Coxworth (14 February 2013). "Silicon nanoparticles used to create a super-performing battery". Nový Atlas. Citováno 7. ledna 2017.
  20. ^ Ge, Mingyuan; Rong, Jiepeng; Fang, Xin; Zhang, Anyi; Lu, Yunhao; Zhou, Chongwu (12 February 2013). "USC team develops new porous silicon nanoparticle material for high-performance Li-ion anodes". Nano Research. 6 (3): 174–181. doi:10.1007 / s12274-013-0293-r. S2CID  31924978. Citováno 4. června 2013.
  21. ^ Mack, Eric (30 January 2016). "Lithium-ion battery boost could come from "caging" silicon in graphene". Nový Atlas. Citováno 6. ledna 2017.
  22. ^ Li, Yuzhang; Yan, Kai; Lee, Hyun-Wook; Lu, Zhenda; Liu, Nian; Cui, Yi (2016). "Růst konformních grafenových klecí na mikrometrických křemíkových částicích jako stabilní anody baterie". Nature Energy. 1 (2): 15029. Bibcode:2016NatEn ... 115029L. doi:10.1038 / nenergy.2015.29.
  23. ^ Nick Lavars (19 February 2014). "Pomegranate-inspired electrode could mean longer lithium-ion battery life". Nový Atlas. Citováno 6. ledna 2017.
  24. ^ Joyce, C .; Trahy, L; Bauer, Sara; Dogan, Fulya; Vaughey, John (2012). "Kovové měděné pojiva pro lithium-iontové bateriové silikonové elektrody". Journal of the Electrochemical Society. 159 (6): A909–15. doi:10.1149 / 2.107206jes. ISSN  0013-4651.
  25. ^ A b Trahey, L.; Kung, H; Thackeray, M.; Vaughey, John (2011). "Effect of Electrode Dimensionality and Morphology on the Performance of Cu2Sb Thin Film Electrodes for Lithium Batteries". European Journal of Anorganic Chemistry. 2011 (26): 3984–3988. doi:10.1002/ejic.201100329.
  26. ^ A b Borghino, Dario (25 February 2015). "Going small with silicon potentially has big implications for lithium-ion battery capacity". Nový Atlas. Citováno 6. ledna 2017.
  27. ^ Boukamp, B.A.; Lesh, G. C.; Huggins, R.A (1981). "All Solid Lithium Electrodes with a Mixed Conductor Matrix". Journal of the Electrochemical Society. 128 (4): 725–29. doi:10.1149/1.2127495.
  28. ^ WSU Researchers Create Super Lithium-ion Battery Retrieved 10 January 2013
  29. ^ "Washington State University Gets Funding to Scale Up New Tin Batteries". MacroCurrent. 30. dubna 2013. Archivovány od originál dne 28. dubna 2014. Citováno 4. června 2013.
  30. ^ A b Kepler, K.; Vaughey, John; Thackeray, M.M. (1999). „LiXCu6Sn5 An Intermetallic Insertion Electrode for Rechargeable Lithium Batteries". Elektrochemické a pevné dopisy. 2: 307–309. doi:10.1149/1.1390819.
  31. ^ Fransson, L.; Vaughey, John; Thackeray, M.; Edstrom, K. (2003). "Structural Transformations in Intermetallic Electrode for Lithium Batteries". Journal of the Electrochemical Society. 150: A86-91. doi:10.1149/1.1524610.
  32. ^ Tan, Xin Fu; McDonald, Stuart D.; Gu, Qinfen; Hu, Yuxiang; Wang, Lianzhou; Matsumura, Syo; Nishimura, Tetsuro; Nogita, Kazuhiro (2019). "Characterisation of lithium-ion battery anodes fabricated via in-situ Cu6Sn5 growth on a copper current collector". Journal of Power Sources. 415: 50–61. Bibcode:2019JPS...415...50T. doi:10.1016/j.jpowsour.2019.01.034. ISSN  0378-7753.
  33. ^ Wang, Zhaodong; Shan, Zhongqiang; Tian, Jianhua; Huang, Wenlong; Luo, Didi; Zhu, Xi; Meng, Shuxian (2017). "Immersion-plated Cu6Sn5/Sn composite film anode for lithium ion battery". Journal of Materials Science. 52 (10): 6020–6033. Bibcode:2017JMatS..52.6020W. doi:10.1007/s10853-017-0841-z. ISSN  0022-2461. S2CID  135963600.
  34. ^ Jansen, A.; Clevenger, Jessica; Baebler, Anna; Vaughey, John (2011). "Variable Temperature Performance of Intermetallic Lithium Ion Battery Anode Materials". Journal of Alloys and Compounds. 509 (13): 4457–61. doi:10.1016/j.jallcom.2011.01.111. ISSN  0925-8388.
  35. ^ Kim, Il Seok.; Vaughey, John; Auciello, Orlando (2008). "Thin Film Cu6Sn5 Electrodes: Synthesis< Properties, and Current Collector Interactions". Journal of the Electrochemical Society. 155: A448–51. doi:10.1149/1.2904525. ISSN  0013-4651.
  36. ^ Hu, Renzong; Waller, Gordon Henry; Wang, Yukun; Chen, Yu; Yang, Chenghao; Zhou, Weijia; Zhu, Min; Liu, Meilin (2015). "Cu6Sn5@SnO2–C nanocomposite with stable core/shell structure as a high reversible anode for Li-ion batteries". Nano energie. 18: 232–244. doi:10.1016/j.nanoen.2015.10.037. ISSN  2211-2855.
  37. ^ Fransson, L.; Vaughey, J; Benedek, R.; Vaughey, John; Edstrom, K; Thomas, J .; Thackeray, M.M. (2001). "Phase Transition in Lithiated Cu2Sb Anodes for lithium Batteries: An In-Situ X-Ray Diffraction". Electrochemistry Communications. 3: 317–323. doi:10.1016/S1388-2481(01)00140-0. ISSN  1388-2481.
  38. ^ Martin, Richard (25 October 2015). "New Foam Batteries Promise Fast Charging, Higher Capacity". Recenze technologie MIT. Citováno 10. února 2016.
  39. ^ Sorenson, E.; Barry, S; Jung, H.K.; Rondinelli, James; Vaughey, John; Poeppelmeier, Kenneth (2006). "Three Dimensionally Ordered Macroporous Li4Ti5O12:Effect of Wall Structure of Electrochemical Performance". Chemie materiálů. 18: 482–489. doi:10.1021/cm052203y.
  40. ^ Batteries charge very quickly and retain capacity, thanks to new structure, News Bureau Illinois, 21 March 2011, Liz Ahlberg
  41. ^ Small in size, big on power: New microbatteries a boost for electronics, News Bureau Illinois, 16 April 2013, Liz Ahlberg
  42. ^ Pikul, JH; Gang Zhang, H; Cho, J; Braun, PV; King, WP (2013). "High-power lithium ion microbatteries from interdigitated three-dimensional bicontinuous nanoporous electrodes". Příroda komunikace. 4: 1732. Bibcode:2013NatCo...4.1732P. doi:10.1038/ncomms2747. PMID  23591899.
  43. ^ Woyke, Elizabeth. "A clever twist on the batteries in smartphones could help us better harness wind and solar power". Recenze technologie MIT. Citováno 2. února 2017.
  44. ^ Qi, Zhaoxiang; Koenig, Gary M. (15. srpna 2016). "A carbon-free lithium-ion solid dispersion redox couple with low viscosity for redox flow batteries". Journal of Power Sources. 323: 97–106. Bibcode:2016JPS ... 323 ... 97Q. doi:10.1016/j.jpowsour.2016.05.033. ISSN  0378-7753.
  45. ^ Qi, Zhaoxiang; Liu, Aaron L.; Koenig, Gary M. (20 February 2017). "Carbon-free Solid Dispersion LiCoO2 Redox Couple Characterization and Electrochemical Evaluation for All Solid Dispersion Redox Flow Batteries". Electrochimica Acta. 228: 91–99. doi:10.1016/j.electacta.2017.01.061. ISSN  0013-4686.
  46. ^ Qi, Zhaoxiang; Koenig, Gary M. (July 2017). "Review Article: Flow battery systems with solid electroactive materials". Journal of Vacuum Science & Technology B, Nanotechnology and Microelectronics: Materials, Processing, Measurement, and Phenomena. 35 (4): 040801. doi:10.1116/1.4983210. ISSN  2166-2746.
  47. ^ Chernova, N.; Roppolo, M; Dillon, Anne; Whittingham, Stanley (2009). "Layered vanadium and molybdenum oxides: batteries and electrochromics". Journal of Materials Chemistry. 19 (17): 2526–2552. doi:10.1039/b819629j.
  48. ^ Zavalij, Peter; Whittingham, Stanley (1999). "Structural chemistry of vanadium oxides with open frameworks". Acta Crystallographica oddíl B. 55 (5): 627–663. doi:10.1107/S0108768199004000. PMID  10927405.
  49. ^ Chirayil, Thomas; Zavalij, Peter; Whittingham, Stanley (1998). "Hydrothermal Synthesis of vanadium Oxides". Chemie materiálů. 10 (10): 2629–2640. doi:10.1021/cm980242m.
  50. ^ Loz Blain (2 November 2007). "Subaru doubles the battery range on its electric car concept". Nový Atlas. Citováno 7. ledna 2017.
  51. ^ Tang, Yuxin; Rui, Xianhong; Zhang, Yanyan; Lim, Tuti Mariana; Dong, Zhili; Hng, Huey Hoon; Chen, Xiaodong; Yan, Qingyu; Chen, Zhong (2013). "Vanadium pentoxide cathode materials for high-performance lithium-ion batteries enabled by a hierarchical nanoflower structure via an electrochemical process". J. Mater. Chem. A. 1 (1): 82–88. doi:10.1039/C2TA00351A. ISSN  2050-7488.
  52. ^ Afyon, Semih; Krumeich, Frank; Mensing, Christian; Borgschulte, Andreas; Nesper, Reinhard (19 November 2014). "New High Capacity Cathode Materials for Rechargeable Li-ion Batteries: Vanadate-Borate Glasses". Vědecké zprávy. 4 (1): 7113. Bibcode:2014NatSR...4E7113A. doi:10.1038/srep07113. ISSN  2045-2322. PMC  5382707. PMID  25408200.
  53. ^ Umair Irfan and ClimateWire (17 January 2014). "Messy Innards Make for a Better Lithium Ion Battery". Scientific American. Citováno 7. ledna 2017.
  54. ^ "Glass for battery electrodes". VaV. 13. ledna 2015. Citováno 6. ledna 2017.
  55. ^ "Seawater battery sparks sub dreams". Nový vědec. 25. dubna 2012. Citováno 22. června 2012.
  56. ^ CS Johnson, JT Vaughey, MM Thackeray, TE Bofinger a SA Hackney „Vrstevnaté elektrody oxidu lithia a manganu odvozené od prekurzorů kamenné soli LixMnyOz (x + y = z)“ 194. zasedání Electrochemical Society, Boston, MA, listopad. 1-6, (1998)
  57. ^ Thackeray, M.; Kang, S.-H; Johnson, C.S.; Vaughey, John; Benedek, Roy; Hackney, S (2007). "Li2MnO3-Stabilized LiMO2 (M-Mn,Ni,Co)Electrodes for Lithium-Ion Batteries". Journal of Materials Chemistry. 17 (30): 31122–3125. doi:10.1039/b702425h.
  58. ^ Dogan, F .; Croy, J.; Balasubramanian, M .; Slater, M.D.; Iddir, H.; Johnson, C.S.; Vaughey, J.; Key, B. (2015). "Solid State NMR Studies of Li2MnO3 and Li-Rich Cathode Materials: Proton Insertion, Local Structure, and Voltage Fade". Journal of the Electrochemical Society. 162: A235–A243. doi:10.1149/2.1041501jes.
  59. ^ Croy, J.; Balasubramanian, M .; Gallagher, K .; Burrell, A.K. (2015). "Review of the U.S. Department of Energy's "Deep Dive" Effort to Understand Voltage Fade in Li- and Mn-Rich Cathodes". Účty chemického výzkumu. 48 (11): 2813–2821. doi:10.1021/acs.accounts.5b00277. OSTI  1237845. PMID  26451674.
  60. ^ A123 Systems introduces new Nanophosphate EXT Li-ion battery technology with optimized performance in extreme temperatures; OEM micro-hybrid program due next year, Green Car Congress, 12 June 2012
  61. ^ A123's new battery tech goes to extremes, EE Times, 12. června 2012
  62. ^ "A 'breakthrough' in rechargeable batteries for electronic devices and electric vehicles". Kurzweil AI. 26. února 2015. Citováno 6. ledna 2017.
  63. ^ Yang, X. F .; Yang, J.-H.; Zaghib, K .; Trudeau and, M. L.; Ying, J. Y. (March 2015). "Synthesis of phase-pure Li2MnSiO4@C porous nanoboxes for high-capacity Li-ion battery cathodes". Nano energie. 12: 305–313. doi:10.1016/j.nanoen.2014.12.021.
  64. ^ Kumar, B .; Kumar, J .; Leese, R .; Fellner, J. P .; Rodrigues, S. J .; Abraham, K. M. (2010). „Polovodičová dobíjecí lithium-vzduchová baterie s dlouhou životností“. Journal of the Electrochemical Society. 157: A50. doi:10.1149/1.3256129.
  65. ^ "Researchers Develop Solid-State, Rechargeable Lithium-Air Battery; Potential to Exceed 1,000 Wh/kg". Kongres zelených automobilů. 21. listopadu 2009. Citováno 28. srpna 2013.
  66. ^ Researchers hard at work to make the workhorse lithium ion battery better, Gigaom, 28 July 2014, Katie Fehrenbacher
  67. ^ New Rechargeable Cell Has 7 Times Higher Energy Density Than Li-ion Cells, Nikkei Technology, 23 July 2014, Motohiko Hamada
  68. ^ Qi, Zhaoxiang; Koenig, Gary M. (16. srpna 2016). "High-Performance LiCoO2Sub-Micrometer Materials from Scalable Microparticle Template Processing". ChemistrySelect. 1 (13): 3992–3999. doi:10.1002 / slct.201600872. ISSN  2365-6549.
  69. ^ Fan, Xiulin; Hu, Enyuan; Ji, Xiao; Zhu, Yizhou; Han, Fudong; Hwang, Sooyeon; Liu, Jue; Bak, Seongmin; Ma, Zhaohui (13 June 2018). "High energy-density and reversibility of iron fluoride cathode enabled via an intercalation-extrusion reaction". Příroda komunikace. 9 (1): 2324. Bibcode:2018NatCo...9.2324F. doi:10.1038/s41467-018-04476-2. ISSN  2041-1723. PMC  5998086. PMID  29899467.
  70. ^ First nonflammable lithium-ion battery will stop your smartphone, car, and plane from exploding, Extreme Tech, 13 February 2014, Sebastian Anthony
  71. ^ "Rechargeable batteries with almost infinite lifetimes coming, say MIT-Samsung engineers". www.kurzweilai.net. 24. srpna 2015. Citováno 10. února 2016.
  72. ^ Lavars, Nick (4 May 2014). "Dual-functioning electrolyte improves capacity of long-life batteries". Nový Atlas. Citováno 6. ledna 2017.
  73. ^ Braga, M. H.; Grundish, N. S.; Murchison, A. J.; Goodenough, J. B. (2017). "Alternative strategy for a safe rechargeable battery". Energetika a věda o životním prostředí. 10: 331–336. doi:10.1039/c6ee02888h.
  74. ^ Hislop, Martin (1. března 2017). „Průlom polovodičové baterie EV od vynálezce Li-ion baterie John Goodenough“. Severoamerické energetické zprávy. Americké energetické zprávy. Citováno 15. března 2017.
  75. ^ Santanab Giri; Swayamprabha Behera; Puru Jena (14 October 2014). "Superhalogens as Building Blocks of Halogen-Free Electrolytes in Lithium-Ion Batteries". Angewandte Chemie. 126 (50): 14136–14139. doi:10,1002 / ange.201408648.
  76. ^ McNeill, Brian (24 October 2014). "Physicists find toxic halogens in Li-ion batteries".
  77. ^ A b Suo, Liumin; Borodin, Oleg; Gao, Tao; Olguin, Marco; Ho, Janet; Fan, Xiulin; Luo, Chao; Wang, Chunsheng; Xu, Kang (20 November 2015). ""Water-in-salt" electrolyte enables high-voltage aqueous lithium-ion chemistries". Věda. 350 (6263): 938–943. doi:10.1126/science.aab1595. ISSN  0036-8075. PMID  26586759. S2CID  206637574.
  78. ^ Suo, Liumin; Borodin, Oleg; Slunce, Wei; Fan, Xiulin; Yang, Chongyin; Wang, Fei; Gao, Tao; Ma, Zhaohui; Schroeder, Marshall (13 June 2016). "Advanced High-Voltage Aqueous Lithium-Ion Battery Enabled by "Water-in-Bisalt" Electrolyte". Angewandte Chemie International Edition. 55 (25): 7136–7141. doi:10.1002/anie.201602397. ISSN  1521-3773. PMID  27120336.
  79. ^ Smith, Leland; Dunn, Bruce (20 November 2015). "Opening the window for aqueous electrolytes". Věda. 350 (6263): 918. doi:10.1126/science.aad5575. ISSN  0036-8075. PMID  26586752. S2CID  206643843.
  80. ^ Wang, Fei; Lin, Yuxiao; Suo, Liumin; Fan, Xiulin; Gao, Tao; Yang, Chongyin; Han, Fudong; Qi, Yue; Xu, Kang (29 November 2016). "Stabilizing high voltage LiCoO2 cathode in aqueous electrolyte with interphase-forming additive". Energetika a věda o životním prostředí. 9 (12): 3666–3673. doi:10.1039/c6ee02604d. ISSN  1754-5706.
  81. ^ Want lithium-ion batteries to last? Slow charging may not be the answer, PC World
  82. ^ Why Lithium Ion Batteries Go Bad, Product Design & Development, 15 September 2014
  83. ^ Software on your smartphone can speed up lithium-ion battery charging by up to 6x, Extreme Tech, 14 August 2014, Sebastian Anthony
  84. ^ "In and out with 10-minute electrical vehicle recharge | Penn State University". news.psu.edu.
  85. ^ New battery management technology could boost Li-ion capacity by 40%, quadruple recharging cycles, TreeHugger, 5 February 2014, Derek Markham
  86. ^ Long-life laptop battery the tech industry doesn’t want you to have, Zeměkoule a pošta, 6 February 2014, Jordana Divon
  87. ^ "Stanford researchers develop heat-sensitive batteries". Věda ZME. 12. ledna 2016. Citováno 7. února 2016.
  88. ^ Chen, Zheng; Hsu, Po-Chun; Lopez, Jeffrey; Li, Yuzhang; To, John W. F.; Liu, Nan; Wang, Chao; Andrews, Sean C.; Liu, Jia (11 January 2016). "Fast and reversible thermoresponsive polymer switching materials for safer batteries". Nature Energy. 1 (1): 15009. Bibcode:2016NatEn...115009C. doi:10.1038/nenergy.2015.9.
  89. ^ Origami: The surprisingly simple secret to creating flexible, high-power lithium-ion batteries, Extreme Tech, 5 February 2014, Sebastian Anthony
  90. ^ Sandhana, Lakshmi (30 May 2014). "Scientists create weavable Li-ion fiber battery yarn". Nový Atlas. Citováno 7. ledna 2017.
  91. ^ Lovering, Daniel (18 July 2014). "Flexible, Printed Batteries for Wearable Devices". Recenze technologie. Citováno 7. ledna 2017.
  92. ^ Borghino, Dario (2 May 2014). "Flexible, high-performance battery could soon find its way to your smartwatch". Nový Atlas. Citováno 7. ledna 2017.
  93. ^ "Cooperation with AGM Batteries Ltd in full swing". 12. října 2016. Citováno 7. ledna 2017.
  94. ^ Cieza, Rebecca E.; Whitacrea, J.F. (2017). "Comparison between cylindrical and prismatic lithium-ion cell costs using a process based cost model". Journal of Power Sources. 340: 273–281. Bibcode:2017JPS...340..273C. doi:10.1016/j.jpowsour.2016.11.054. economies of scale have already been reached, and future cost reductions from increased production volumes are minimal. Prismatic cells, which are able to further capitalize on the cost reduction from larger formats, can offer further reductions than those possible for cylindrical cells.
  95. ^ "Customized Lithium ion Battery Pack Supplier". Velká síla. Citováno 5. března 2016.