Straumsafnarinn er einn af ómissandi hlutum í litíumjónarafhlöðum. Það getur ekki aðeins borið virka efnið, heldur einnig safnað og gefið út strauminn sem myndast af virka rafskautsefninu, sem er til þess fallið að draga úr innri viðnám litíumjónarafhlöðu, bæta coulombic skilvirkni, hringrásarstöðugleika og hraðafköst. rafhlaða.
Lithium ion rafhlaða straumsafnari
Í grundvallaratriðum ætti kjörinn litíumjón rafhlöðustraumsafnari að uppfylla eftirfarandi skilyrði: (1) mikil leiðni; (2) Góður efna- og rafefnafræðilegur stöðugleiki; (3) Hár vélrænni styrkur; (4) Góð samhæfni og bindandi styrkur við rafskautsvirk efni; (5) Ódýrt og auðvelt að fá; (6) Léttur.
Hins vegar, í hagnýtri notkun, hafa mismunandi núverandi safnaraefni enn ýmis vandamál, þannig að þau geta ekki fullnægt margþættum kröfum sem nefnd eru hér að ofan. Kopar er viðkvæmt fyrir oxun við hærri styrkleika og er hentugur til notkunar sem neikvæður rafskautstraumsafnari; Ál, sem neikvæður rafskautstraumsafnari, hefur alvarlegri tæringarvandamál og er hentugur til notkunar sem jákvæður rafskautstraumsafnari. Sem stendur eru efni sem hægt er að nota sem straumsafnara fyrir litíumjónarafhlöður meðal annars málmleiðaraefni eins og kopar, ál, nikkel og ryðfrítt stál, hálfleiðaraefni eins og kolefni og samsett efni.
1.1 Koparstraumsaflari
Kopar er frábær málmleiðari með leiðni næst silfri, og hefur marga kosti eins og mikið fjármagn, litlum tilkostnaði og auðvelt aðgengi og góða sveigjanleika. Hins vegar, með hliðsjón af því að kopar er viðkvæmt fyrir oxun við hærri möguleika, er hann oft notaður sem straumsafnari fyrir neikvæð rafskautsvirk efni eins og grafít, sílikon, tin og kóbalttin málmblöndur. Algengar koparsafnarar eru koparþynnur, froðukopar, koparnet og þrívíddar nanó koparsafnari.
1.1.1 Koparþynnustraumsaflari
Samkvæmt framleiðsluferli koparþynnunnar er hægt að skipta því frekar í valsað koparþynna og rafgreiningar koparþynna. Í samanburði við rafgreiningar koparþynna hefur valsað koparþynna meiri leiðni og betri framlengingaráhrif. Lithium ion rafhlöður með lágar kröfur um sveigju geta valið rafgreiningar koparpappír sem neikvæða rafskautstraumsafnarann. Rannsóknir hafa sýnt að aukning á grófleika koparþynnuyfirborðsins er gagnleg til að bæta tengingarstyrk milli straumsafnarans og virka efnisins, draga úr snertiviðnáminu milli virka efnisins og straumsafnarans og að sama skapi bæta hraða losunarafköst og hringrás. stöðugleika rafhlöðunnar.
1.1.2 frauð kopar safnari
Froðu kopar er eins konar þrívítt netefni svipað og svampur, sem hefur marga kosti eins og létt þyngd, hár styrkur og seigja og stórt tiltekið yfirborð. Þrátt fyrir að virk efni með neikvæðum rafskautum úr kísli og tini hafi mikla fræðilega sértæka afkastagetu og séu talin vera eitt af efnilegu neikvæðu rafskautsvirku efnum fyrir litíumjónarafhlöður, þá hafa þau einnig ókosti eins og miklar rúmmálsbreytingar og duftmyndun við hringlaga hleðslu/hleðslu, sem hafa alvarleg áhrif á afköst rafhlöðunnar. Rannsóknirnar sýna að froðu koparsafnarinn getur hindrað rúmmálsbreytingu virkra efna kísil- og tinskautsins meðan á hleðslu- og losunarferlinu stendur, hægja á pulverization fyrirbæri og þannig bætt afköst rafhlöðunnar.
1.2 Straumsaflari úr áli
Þó að leiðni álmálms sé lægri en kopars eru gæði álvírs aðeins helmingi minni en koparvír þegar verið er að flytja sama magn af rafmagni. Eflaust getur það að nota álstraumsafnara hjálpað til við að bæta orkuþéttleika litíumjónarafhlöðu. Að auki, samanborið við kopar, er ál ódýrara í verði. Við hleðslu/hleðsluferli litíumjónarafhlöðu myndast þétt oxíðfilma á yfirborði álþynnustraumsafnarans, sem bætir tæringarþol álþynnunnar og er oft notað sem straumsafnari fyrir jákvæða rafskautið í litíum-jón rafhlöður.
Eins og koparþynnustraumsafnarar, getur yfirborðsmeðferð einnig bætt yfirborðseiginleika álpappírs. Eftir jafnstraumsætingu myndast honeycomb uppbygging á yfirborði álpappírsins, sem er þéttari bundin við jákvæða rafskautið virka efni og bætir rafefnafræðilega frammistöðu litíumjónarafhlöðu. Hins vegar þjást straumsafnarar úr áli oft af mikilli tæringu vegna eyðileggingar á yfirborðsaðgerðarfilmum, sem leiðir til lækkunar á afköstum litíumjónarafhlöðu. Þess vegna, til að bæta tæringarþol etsaðs álpappírs, er nauðsynlegt að fínstilla yfirborð þess og mynda stöðugri passiveringsfilmu.
1.3 Nikkelstraumsafnari
Tiltölulega séð er nikkel grunnmálmur með tiltölulega lágt verð, góða leiðni og stöðugleika í súrum og basískum lausnum. Þess vegna er hægt að nota nikkel sem bæði jákvæðan rafskautstraumsafnara og neikvæðan rafskautstraumsafnara. Það eru bæði jákvæð rafskautsvirk efni eins og litíumjárnfosfat og neikvæð rafskautsvirk efni eins og nikkeloxíð, brennisteinn og kolefniskísill samsett efni sem passa við það.
Lögun nikkel safnara inniheldur venjulega froðu nikkel og nikkel filmu. Vegna þess að froðunikkel hefur þróað rásir og stórt snertiflötur við virka efnið minnkar snertiþol milli virka efnisins og safnara. Þegar nikkelpappír er notaður sem rafskautsstraumsafnari, þar sem fjöldi hleðslu/hleðslulota eykst, er virka efnið hætt við að losna, sem hefur áhrif á afköst rafhlöðunnar. Á sama hátt á yfirborðsformeðferðarferlið einnig við um nikkelþynnustraumsafnara. Eftir ætingu á yfirborði nikkelþynnustraumsafnarans eykst bindistyrkur milli virka efnisins og straumsafnarans verulega.
Nikkeloxíð hefur kosti stöðugrar byggingar, lágs verðs og mikillar fræðilegrar sértækrar afkastagetu, sem gerir það að mikið notað neikvætt rafskautsvirkt efni fyrir litíumjónarafhlöður. Byggt á þessu var lag af nikkeloxíði ræktað á staðnum á yfirborði froðunikkels með fastfasa oxunaraðferð og nikkeloxíðskaut með froðunikkel sem safnara var útbúið. Samanborið við nikkelþynnu/nikkeloxíð neikvætt rafskaut jókst sértæk getu fyrstu losunar froðu nikkel/nikkeloxíð neikvæða rafskautsins verulega. Ástæðan er sú að samanborið við tvívíða straumsafnara, draga þrívíddar uppbyggðir straumsafnarar úr skautunarfyrirbærum viðmóta og bæta stöðugleika hleðslu/hleðsluferlis rafgeyma.
Litíumjárnfosfat er talið tilvalið jákvætt virkt efni fyrir kraftlitíumjónarafhlöður vegna góðs öryggis og víðtækrar uppsprettu hráefna. Að húða það á yfirborði froðunikkelsafnarans getur aukið snertiflöturinn á milli LiFePO4 og froðunikkels, dregið úr núverandi þéttleika tengiviðbragða og þannig bætt úthleðsluhraða LiFePO4.
1.4 Straumsafnari úr ryðfríu stáli
Ryðfrítt stál vísar til stálblendis sem inniheldur frumefni eins og nikkel, mólýbden, títan, níóbíum, kopar og járn. Það hefur góða leiðni og stöðugleika og þolir efnafræðilega tæringu frá veikum ætandi miðlum eins og lofti, gufu og vatni, svo og sterkum ætandi miðlum eins og sýru, basa og salti. Ryðfrítt stályfirborð er einnig viðkvæmt fyrir að mynda passiveringsfilmu, sem getur verndað yfirborð þess gegn tæringu. Á sama tíma er hægt að vinna úr ryðfríu stáli þynnra en kopar, með kostum eins og litlum tilkostnaði, einföldu ferli og stórframleiðslu. Ryðfrítt stál er hægt að nota sem jákvæðan eða neikvæðan straumsafnara og algengar tegundir straumsafnara úr ryðfríu stáli eru ryðfrítt stálnet og gljúpt ryðfrítt stál.
1.4.1 Safnarvökvi úr ryðfríu stáli möskva
Áferð ryðfríu stáli möskva er þétt. Þegar það er notað sem straumsafnari er yfirborð hans umvafið rafskautsvirkum efnum og kemst ekki í beina snertingu við raflausnina, sem gerir það minna viðkvæmt fyrir hliðarviðbrögðum og bætir hjólreiðaframmistöðu rafhlöðunnar.
1.4.2 Gopótt straumsafnari úr ryðfríu stáli
Einföld og áhrifarík aðferð til að fullnýta virk efni og bæta útskriftargetu rafskauta er að nota gljúpa straumsafnara.
1.5 Kolefnisstraumsaflari
Þegar kolefnisefni eru notuð sem jákvæð eða neikvæð rafskautstraumsafnari getur það komið í veg fyrir tæringu á raflausn á málmstraumsafnurum og það hefur kosti þess að vera mikið fjármagn, auðveld vinnsla, lágt viðnám, engin skaða á umhverfinu og lágt verð.
Hægt er að nota koltrefjaklút sem straumsafnara fyrir sveigjanlegar litíumjónarafhlöður vegna framúrskarandi sveigjanleika, leiðni og rafefnafræðilegs stöðugleika. Kolefni nanórör eru önnur tegund af kolefnisstraumsafnara, sem hafa augljósa kosti fram yfir málmstraumsafnara hvað varðar léttan þyngd og geta bætt orkuþéttleika rafhlöðunnar verulega.
1.6 Samsettur straumsaflari
Auk stakra safnara eins og koparsafnara, álsafnara, nikkelsafnara, ryðfríu stálsafnara og kolefnissafnara, hafa samsettir safnarar einnig vakið áhuga fræðimanna á undanförnum árum, svo sem leiðandi plastefni, kolefnishúðuð álþynnur og títan. nikkel lögun minni málmblöndur.
1.6.1 Leiðandi plastefni straum safnari
Pólýetýlen (PE) og fenól plastefni (PF) straumsafnarar eru samsettir úr leiðandi fylliefnum og fjölliða plastefni fylki. Samsettur straumsaflari var útbúinn með því að blanda PE og PF einsleitt sem fylkisefni við leiðandi fylliefni (grafít, kolsvart) og eðlis- og efnafræðilegir eiginleikar þeirra voru rannsakaðir. Grafen er einstakt og nýstárlegt tvívítt kolefnisvirkt efni sem myndast við sp2 blendingu kolefnisatóma. Það hefur marga kosti eins og ofurháa leiðni, sérstakt yfirborð og vélrænan styrk. Það getur komið í stað grafíts sem neikvætt rafskauts virka efni litíumjónarafhlöðu eða sem straumsafnarefni.
1.6.2 Títan nikkel lögun minni ál straumsafnari
Títan nikkel lögun minni málmblöndur er tvöfaldur málmblöndur sem samanstendur af nikkel og títan, sem getur umbreytt á milli tveggja mismunandi kristalfasa með breytingum á ytri hitastigi eða þrýstingi. Títan nikkel lögun minni álfelgur getur bælt rúmmálsbreytingu virkra efna við hleðslu og afhleðslu með því að breyta eigin fasaástandi og þar með bætt líftíma rafhlöðunnar.
1.6.3 Kolefnishúðaður álpappírsstraumsaflari
Kolefnishúðaður/álþynnustraumsaflari vísar til samsetts straumsafnara þar sem kolefnisinnihaldandi samsett lag er húðað á yfirborði álpappírs. Meðal þeirra er lagið sem inniheldur kolefni samsett úr koltrefjum og leiðandi kolsvartaögnum sem eru meðhöndlaðir með dreifiefnum, sem hægt er að sameina vel með álpappír til að bæta leiðni og tæringarþol rafskautsins.
Straumsafnarinn er einn af ómissandi og mikilvægu íhlutunum í litíumjónarafhlöðum, með margvíslegum aðgerðum að flytja rafskautsvirk efni og safna útgangsstraumi. Afköst núverandi safnara sem eru unnin úr mismunandi efnum og framleiðsluferlum eru mismunandi og áhrif þeirra á litíumjónarafhlöður eru einnig mismunandi.