Grafeno para baterías de litio

La etapa de evolución de los agentes conductores de las baterías de iones de litio va desde materiales de negro de humo de agente conductor de dimensión cero hasta materiales de nanotubos de carbono similares a fibras unidimensionales, y luego a materiales de grafeno bidimensionales con estructura laminar.

 

Los materiales de agentes conductores son una parte importante de las baterías de iones de litio y juegan un papel importante en el rendimiento electroquímico de las baterías de iones de litio. Después de agregar una cantidad adecuada de agente conductor al electrodo, la tasa de transferencia de electrones dentro del electrodo puede mejorarse de manera efectiva.

 

El grafeno tiene las ventajas de una excelente mecánica, propiedades ópticas, alta conductividad térmica, pequeña resistividad y gran estabilidad. Como un nuevo tipo de agente conductor de batería de litio, debido a su estructura de hoja única (estructura bidimensional), el contacto con el material activo es una forma de contacto de superficie puntual, que puede maximizar el papel del agente conductor y reducir la cantidad. de agente conductor, de modo que se puedan utilizar más materiales activos y se pueda mejorar la capacidad de la batería de litio.

 

mecanismo conductor 

(1) La conductividad electrónica es alta y el uso de una pequeña cantidad de grafeno puede reducir efectivamente la polarización óhmica dentro de la batería; (2) La estructura de hoja bidimensional, el grafeno puede lograr un contacto de "punto de superficie" con el material activo y puede construir una red conductora en la pieza polar desde un espacio espacial más grande. Realice la "conductividad de largo alcance" en todo el electrodo; (3) Características ultrafinas, todos los átomos de carbono en el grafeno pueden exponerse para el transporte de electrones, alta eficiencia de utilización de átomos, por lo que puede formar una red conductiva completa con un uso mínimo. Mejore la densidad de energía de la batería; (4) alta flexibilidad, puede estar en buen contacto con el material activo, amortiguar la expansión y contracción del volumen del material activo durante la carga y descarga, 

 

El efecto como agente conductor está estrechamente relacionado con la cantidad añadida. En el caso de una pequeña adición, el grafeno es mucho mejor que el negro de carbón conductor porque puede formar mejor una red conductora. Sin embargo, el grafeno con una capa más gruesa dificultará la difusión de los iones de litio y reducirá la conductividad iónica del electrodo (generalmente se considera que 6-9 capas son las más adecuadas). Sin embargo, debido a su alto costo, dificultad en la dispersión y dificultando la transmisión de iones de litio, no ha sido completamente industrializado.

 

Proceso de producción 

Los métodos del proceso de producción de grafeno incluyen principalmente el método de desprendimiento mecánico, el método de extracción química en fase líquida, el método redox , el método de deposición química de vapor, etc. El método de extracción en fase líquida y el método redox tienen un bajo costo y baja pureza, adecuados para baterías, supercondensadores, tintas conductoras.

 

En los últimos avances de investigación, el agente conductor seleccionado para algunas baterías de litio es una pasta conductora binaria o ternaria mezclada entre CNT , grafeno y negro de carbón conductor . El compuesto de agentes conductores en suspensión conductora es la demanda de las aplicaciones industriales, y también es el resultado de la sinergia y la excitación entre los agentes conductores.

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