Lá nhôm là bộ thu dòng điện âm cực chính trong pin lithium{0}}ion thương mại. Tuy nhiên, bộ thu dòng lá nhôm thông thường gặp phải một số thách thức, bao gồm điện trở tiếp xúc ở bề mặt phân cách giữa lá cứng và các đơn vị vật liệu hoạt động ở cực âm, dẫn đến điện trở bề mặt đáng kể. Độ bám dính yếu với vật liệu hoạt động, cùng với sự thay đổi thể tích liên tục của điện cực trong chu kỳ sạc/xả, có thể gây ra hiện tượng tách vật liệu hoạt động ("bụi bụi"), tăng tốc độ suy giảm công suất và suy giảm tuổi thọ. Hơn nữa, các sản phẩm từ quá trình phân hủy oxy hóa của chất điện phân có thể tham gia vào các phản ứng điện hóa trên lá nhôm, làm tăng tốc độ ăn mòn của nó. Để giải quyết những vấn đề này, nhiều phương pháp biến đổi lá nhôm đã được khám phá, bao gồm ăn mòn hóa học, ăn mòn điện hóa, anod hóa DC, xử lý vầng quang và các lớp phủ dẫn điện (chẳng hạn như lớp phủ graphene, lớp phủ ống nano carbon và lớp phủ composite) được áp dụng cho bề mặt chất nền. Một số trong số này đã được sử dụng trong các sản phẩm thương mại. Trong những năm gần đây, lớp phủ dẫn điện, đặc biệt là lá nhôm phủ cacbon-đã được áp dụng rộng rãi. Lý do chính là khả năng giảm điện trở tiếp xúc bề mặt của bộ thu dòng điện cực âm, giảm thiểu sự phân cực và do đó nâng cao khả năng phóng điện của pin ở một mức độ nào đó.
Nghiên cứu hiện tại về lá kim loại-được phủ carbon chủ yếu tập trung vào khả năng tương thích của lá kim loại với công thức cực âm và hiệu suất tốc độ. Các phương pháp như ăn mòn hóa học, ăn mòn điện hóa và xử lý hào quang có thể cải thiện khả năng thấm ướt và độ nhám bề mặt của lá nhôm, giảm khả năng chống chuyển điện tích, đồng thời nâng cao tốc độ và hiệu suất đạp xe. Các lớp phủ như graphene, ống nano cacbon và lớp phủ chống ăn mòn đều đã được chứng minh là có thể cải thiện hiệu suất của tế bào. Ví dụ, một nghiên cứu đã lưu ý rằng lớp phủ graphene dẫn đến điện trở trong chỉ tăng 5 mΩ sau 50 chu kỳ, chứng tỏ độ bám dính tốt. Mặc dù nghiên cứu quan trọng đã được tiến hành trên các hệ thống bùn, thực hiện quy trình và công nghệ xử lý bề mặt, nhưng tác động của độ dày lớp phủ cacbon đến hiệu suất tổng thể của tế bào, đặc biệt là về tốc độ và hiệu suất chu kỳ của cực âm Lithium Iron Phosphate (LFP), hiếm khi được báo cáo. Nghiên cứu này chủ yếu sử dụng lá nhôm dày 16 μm làm chất nền để nghiên cứu những thay đổi hình thái của lá nhôm với độ dày lớp phủ carbon khác nhau và tác động tiếp theo của chúng đến hiệu suất của tế bào.
Đặc tính vật lý của lá tráng với độ dày khác nhau
Như được trình bày ở giữa Bảng 1, mật độ diện tích của lá kim loại tăng dần theo độ dày lớp phủ dẫn điện. Điện trở của lá kim loại không thay đổi tuyến tính theo độ dày. Tất cả các bộ thu dòng điện có lớp phủ carbon đều có độ dẫn điện kém hơn nhôm nguyên chất, với giá trị điện trở cao hơn từ 2 đến 6 lần. Mẫu Al-2 có điện trở trong thấp nhất, trong khi mẫu Al-5 có điện trở trong cao nhất. Điều này là do hàm lượng chất kết dính/chất keo (kém dẫn điện) tăng lên trong lớp phủ khi trọng lượng lớp phủ tăng lên. Khi độ dày lớp phủ carbon tăng lên, diện tích tiếp xúc giữa vật liệu hoạt tính Lithium Iron Phosphate (LFP) và lớp phủ dẫn điện cũng tăng lên, dẫn đến cường độ bong tróc tăng lên. Tuy nhiên, với diện tích nhúng nhiều hơn, sự tiếp xúc giữa vật liệu hoạt động và chất kết dính/vật liệu keo trong lớp dẫn điện cũng tăng lên, do đó làm tăng điện trở.
|
KHÔNG.
|
Tổng độ dày μm
|
Mật độ diện tích g · m－2
|
Mật độ diện tích lớp phủ g · m－2 |
Sức chống cự /mΩ
|
|
| Hai mặt- | Đơn{0}}một mặt | ||||
|
Al |
16 |
43. 036 76 |
0 |
0 |
21. 17 |
|
Al-1 |
17 |
44. 691 79 |
1. 655 0 |
0. 827 5 |
77. 51 |
|
Al-2 |
18 |
45. 583 08 |
2. 546 3 |
1. 273 1 |
43. 21 |
|
Al-3 |
19 |
46. 219 72 |
3. 182 9 |
1. 591 4 |
58. 70 |
|
Al-4 |
20 |
47. 302 00 |
4. 265 2 |
2. 132 6 |
111. 10 |
|
Al-5 |
21 |
48. 766 26 |
5. 729 4 |
2. 864 7 |
131. 10 |
Phân tích hình thái và nguyên tố của lá tráng với độ dày khác nhau
Nhìn chung, bề mặt của chất nền được phủ cacbon-có vẻ lỏng lẻo và xốp. So với lá nhôm trần, bề mặt trở nên cứng hơn, cung cấp nhiều điểm tiếp xúc hạt hơn. Sự gợn sóng của địa hình bề mặt trở nên rõ rệt hơn khi độ dày lớp phủ dẫn điện ngày càng tăng. Tuy nhiên, ngay cả đối với lá nhôm Al{10}}1, lớp cacbon vẫn được phủ đồng đều trên lá nhôm trần. Lớp phủ dẫn điện này bao gồm các hạt có kích thước khoảng 3,4 μm và các hạt nhỏ hơn trong phạm vi 150–200nm, với một số kết tụ của các hạt từ bùn lớp phủ dẫn điện được quan sát thấy. Các tế bào đồng xu được chế tạo bằng lá nhôm phủ carbon có độ dày khác nhau đều thể hiện các đỉnh oxy hóa và khử đối xứng, cho thấy khả năng đảo ngược phản ứng oxy hóa khử tốt hơn so với lá nhôm trần. Sự khác biệt tiềm năng giữa các đỉnh oxy hóa và khử nhỏ hơn so với lá nhôm trần, cho thấy rằng sự hiện diện của lớp phủ carbon làm giảm sự phân cực điện cực.
Phần kết luận
Dưới góc độ tính chất vật lý
- Độ bền bong tróc của tấm điện cực tăng theo độ dày lớp phủ cacbon.
- Điện trở của tấm điện cực tăng theo độ dày lớp phủ.
- Giá trị điện trở tối thiểu được quan sát thấy ở tổng độ dày 2,0 μm.
- Ở độ dày 4,0 μm và 5,0 μm, điện trở truyền điện tích tăng, khả năng khuếch tán của Li+ yếu đi và độ phân cực tăng.
- Những kết quả này chỉ ra rằng độ dày lớp phủ carbon cần được kiểm soát trong phạm vi thích hợp.
Từ góc độ-hiệu suất điện hóa tế bào đầy đủ
- Lá nhôm phủ cacbon-đã chứng minh được ưu điểm khi đạp xe ở nhiệt độ phòng 0,5C và 2,0C cũng như ở-hiệu suất phóng điện ở nhiệt độ thấp ở -20 độ .
- Hiệu suất đạp xe tối ưu trong những điều kiện này được quan sát thấy ở tổng độ dày lớp phủ là 2,0 μm.
- Các thí nghiệm cũng tiết lộ rằng ở tốc độ dòng điện 1,0C, lá nhôm trần thể hiện hiệu suất đạp xe vượt trội, duy trì khả năng duy trì công suất trên 90% sau 1.500 chu kỳ. Phát hiện này đưa ra hướng nghiên cứu sâu hơn về cơ chế của lá nhôm phủ cacbon-.
- Hiệu suất thay đổi tùy theo độ dày lớp phủ carbon khác nhau. Việc sử dụng độ dày lớp phủ quá cao (ví dụ: 4,0 μm và 5,0 μm) không nâng cao hiệu suất hoạt động của pin một cách hiệu quả mà thay vào đó lại gây lãng phí vật liệu dạng bùn và tăng chi phí.
- Mặc dù lá nhôm trần có thể đạt được vòng đời tối ưu ở nhiệt độ 1,0C, nhưng đường cong chu kỳ của nó cho thấy những biến động đáng kể, điều này gây bất lợi cho-việc ước tính Trạng thái sức khỏe (SOH) của pin ở giai đoạn sau.
Xem xét tất cả các chỉ số một cách toàn diện, tổng độ dày lớp phủ cacbon là1.0 μmđại diện cho sự lựa chọn-hiệu suất chi phí tối ưu cho lá nhôm phủ carbon-.
Tài liệu tham khảo
Cơ sở hạ tầng tri thức quốc gia Trung Quốc (CNKI)
LIÊN HỆ VỚI ĐỘI NGŨ KỸ THUẬT CỦA CHÚNG TÔI
Bạn có thể truy cập liên kết sản phẩm của chúng tôihttp://www/carbon-được tráng-lá/carbon-được tráng-nhôm-lá/carbon-được tráng-nhôm-lá kim loại-for.htmlđể biết thêm chi tiết
