超高速充電と超安定なナトリウムイオン電池のための機械的に堅固なビスマス埋め込まれた炭素マイクロスフィア

科学分野:

• 材料科学
• 電気化学
• エネルギー貯蔵

背景:

• ナトリウムイオン電池 (SIB) は,効率を上げるために高度なアノドを必要とします.
• 現在のマイクロ構造合金アノードは,著しい体積変化と遅い運動性のために,低サイクル性と速度能力に苦しんでいます.
• 機械的な分解と体積の膨張 (252%以上) は既存のSIBアノードの性能を制限する.

研究 の 目的:

• 高性能SIBのための新しいアノド材料の設計と開発.
• SIBアノドの低循環性,レート能力,および機械的劣化の課題を克服する.
• SIBアノドの容量と充電速度を向上させるため

主な方法:

• 密度が高いビスムス (Bi) ナノ粒子を高伝導性炭素微球に埋め込み,製造する.
• 機械的強度,タップ密度,体積膨張を含むアノド特性の特徴.
• 容量,循環性,速度能力,低温での性能に関する電気化学試験.
• 性能メカニズムの解明のための化学機械シミュレーション.

主要な成果:

• 新しい二炭素マイクロスフェアアノードは,高い機械的強度 (> 590 MPa) と限られた体積膨張 (10. 9%) を表しています.
• 908.3 mAh cm−3 の高容量と超高速充電 (200 A g−1) を達成した.
• 優れたサイクル能力 (>12,000サイクル) と -30 °Cでの安定した性能が実証されています.
• このアノドを使用したフルセルでは,36°Cでの600サイクル後に容量の80%以上を保持し,126°Cの速度を保持した.

結論:

• 開発されたビスマス炭素マイクロスフェアアノードは,SIBにおける機械的分解と運動的制限を効果的に対処します.
• この設計は,耐久性があり,高速充電し,次世代SIBの高容量アノドのための有望な経路を提供します.
• この研究は,優れた電気化学的および機械的性能を制御するメカニズムについての洞察を提供します.