Utjecaj debljine sloja ugljika aluminijske folije na performanse litij-ionskih baterija

Aluminijska folija primarni je katodni sakupljač struje u komercijalnim litij-ionskim baterijama. Međutim, konvencionalni kolektori struje od aluminijske folije predstavljaju nekoliko izazova, uključujući kontaktni otpor na sučelju između krute folije i jedinica katodnog aktivnog materijala, što dovodi do značajnog međupovršinskog otpora. Slabo prianjanje s aktivnim materijalom, u kombinaciji s kontinuiranim promjenama volumena elektrode tijekom ciklusa punjenja/pražnjenja, može uzrokovati odvajanje aktivnog materijala ("prašinu"), ubrzavajući gubitak kapaciteta i degradaciju životnog vijeka. Nadalje, produkti oksidativne razgradnje elektrolita mogu sudjelovati u elektrokemijskim reakcijama na aluminijskoj foliji, ubrzavajući njezinu koroziju. Kako bi se riješili ti problemi, istražene su različite metode modifikacije aluminijske folije, uključujući kemijsko jetkanje, elektrokemijsko jetkanje, DC anodizaciju, koronsku obradu i vodljive prevlake (kao što su prevlake od grafena, prevlake od ugljikovih nanocijevi i kompozitne prevlake) nanesene na površinu supstrata. Neki od njih već se koriste u komercijalnim proizvodima. Posljednjih su godina vodljivi premazi, osobito aluminijska folija obložena ugljikom-, doživjeli široku primjenu. Primarni razlozi su njihova sposobnost da smanje međufazni kontaktni otpor katodnog kolektora struje, ublaže polarizaciju i posljedično do neke mjere povećaju sposobnost brzine pražnjenja baterije.

Trenutačno istraživanje folija s -obloženim ugljikom primarno se usredotočuje na kompatibilnost folije s katodnim formulacijama i performanse brzine. Metode kao što su kemijska korozija, elektrokemijsko jetkanje i obrada koronom mogu poboljšati sposobnost vlaženja i hrapavost površine aluminijske folije, smanjiti otpor prijenosu naboja i poboljšati performanse brzine i ciklusa. Pokazalo se da premazi kao što su grafen, ugljikove nanocijevi i anti{3}}korozivni premazi poboljšavaju performanse stanica. Na primjer, jedna je studija primijetila da je premaz od grafena rezultirao povećanjem unutarnjeg otpora od samo 5 mΩ nakon 50 ciklusa, pokazujući dobro prianjanje. Iako su provedena značajna istraživanja o sustavima gnojnice, implementaciji procesa i tehnologijama površinske obrade, rijetko se izvještava o utjecaju debljine sloja ugljika na ukupnu izvedbu ćelije, posebno na brzinu i cikličku izvedbu katoda od litij-željeznog fosfata (LFP). Ova studija primarno koristi aluminijsku foliju debljine 16 μm kao supstrat za istraživanje morfoloških promjena folije s različitim debljinama sloja ugljika i njihov naknadni utjecaj na performanse stanica.

Kao što je prikazano u tablici između , površinska gustoća folije postupno raste s debljinom vodljive prevlake. Električni otpor folije ne mijenja se linearno s debljinom. Svi odvodnici struje s karbonskim premazom imaju lošiju vodljivost od čistog aluminija, s vrijednostima otpora 2 do 6 puta većim. Uzorak Al-2 pokazuje najmanji unutarnji otpor, dok Al-5 ima najveći. To se pripisuje povećanom sadržaju (manje vodljivog) veziva/koloidnog materijala unutar premaza kako se težina premaza povećava. Kako se debljina ugljične prevlake povećava, kontaktna površina između aktivnog materijala litij željeznog fosfata (LFP) i vodljivog sloja prevlake također se povećava, što dovodi do povećane snage ljuštenja. Međutim, s većim područjem ugradnje, kontakt između aktivnog materijala i vezivnog/koloidnog materijala unutar vodljivog sloja također se povećava, posljedično povećavajući otpor.

Ukupna površina supstrata obloženog ugljikom- izgleda labavo i porozno. U usporedbi s golom aluminijskom folijom, površina postaje hrapavija, pružajući više kontaktnih točaka čestica. Valovitost površinske topografije postaje izraženija s povećanjem debljine vodljive prevlake. Međutim, čak i za Al-1 foliju, sloj ugljika jednoliko je obložen na goloj aluminijskoj foliji. Ova vodljiva prevlaka sastoji se od čestica veličine oko 3,4 μm i manjih čestica u rasponu od 150-200 nm, s uočenom određenom aglomeracijom čestica iz suspenzije vodljive prevlake. Kutaste ćelije izrađene aluminijskim folijama presvučenim ugljikom različitih debljina pokazuju simetrične vršne vrijednosti oksidacije i redukcije, što ukazuje na bolju reverzibilnost redoks reakcije u usporedbi s golom aluminijskom folijom. Potencijalna razlika između vrhova oksidacije i redukcije manja je nego kod gole aluminijske folije, što sugerira da prisutnost ugljične prevlake ublažava polarizaciju elektrode.

Iz perspektive fizikalno-kemijskih svojstava

• Snaga ljuštenja ploče elektrode povećava se s debljinom sloja ugljika.
• Otpor ploče elektrode raste s debljinom premaza.
• Minimalna vrijednost otpora uočena je pri ukupnoj debljini od 2,0 μm.
• Pri debljinama od 4,0 μm i 5,0 μm povećava se otpor prijenosu naboja, slabi sposobnost difuzije Li+, a povećava se polarizacija.
• Ovi rezultati pokazuju da debljinu ugljične prevlake treba kontrolirati unutar odgovarajućeg raspona.

Iz perspektive pune-elektrokemijske izvedbe stanice

• Aluminijska-folija obložena ugljikom pokazala je prednosti u ciklusima sobne temperature od 0,5C i 2,0C, kao i u performansama pražnjenja-na niskim{3}}temperaturama na -20 stupnjeva.
• Optimalna izvedba ciklusa pod ovim uvjetima opažena je pri ukupnoj debljini premaza od 2,0 μm.
• Eksperimenti su također otkrili da je pri brzini struje od 1,0 C gola aluminijska folija pokazala izvanredne performanse ciklusa, zadržavajući preko 90% zadržavanja kapaciteta nakon 1500 ciklusa. Ovo otkriće daje smjer za daljnje istraživanje mehanizma aluminijske folije obložene ugljikom-.
• Učinkovitost varira s različitim debljinama karbonske prevlake. Korištenje pretjerano velikih debljina premaza (npr. 4,0 μm i 5,0 μm) ne poboljšava učinkovito performanse baterije, već umjesto toga troši gnojni materijal i povećava troškove.
• Iako gola aluminijska folija može postići optimalni radni vijek na 1,0 C, njezina ciklična krivulja pokazuje značajne fluktuacije, što je štetno za kasniju-fazu procjene stanja zdravlja baterije (SOH).

Uzimajući u obzir sve pokazatelje sveobuhvatno, ukupna debljina karbonske prevlake od1.0 μmpredstavlja izbor optimalne cijene-izvedbe za aluminijsku foliju presvučenu karbonom-.

Reference
Kineska nacionalna infrastruktura znanja (CNKI)

OBRATITE SE NAŠEM TEHNIČKOM TIMU

Možete posjetiti našu poveznicu proizvodahttp://www/ugljikom-obložena-folija/ugljikom-obložena-aluminijska-folija/ugljikom-obložena-aluminijska-folija-za.htmlza više detalja