Alumiiniumfooliumi süsinikkatte paksuse mõju liitium{0}}ioonakude jõudlusele

Alumiiniumfoolium on kaubanduslike liitium{0}}ioonakude primaarne katoodvoolukollektor. Tavalised alumiiniumfooliumist voolukollektorid kujutavad endast aga mitmeid väljakutseid, sealhulgas kontakttakistus jäiga fooliumi ja katoodaktiivse materjali üksuste liideses, mis toob kaasa märkimisväärse liidese takistuse. Nõrk adhesioon aktiivmaterjaliga koos elektroodi mahu pideva muutumisega laadimis-/tühjenemistsüklite ajal võib põhjustada aktiivse materjali eraldumist ("tolmumist"), kiirendades võimsuse tuhmumist ja eluea halvenemist. Lisaks võivad elektrolüüdi oksüdatiivse lagunemise saadused osaleda alumiiniumfooliumi elektrokeemilistes reaktsioonides, kiirendades selle korrosiooni. Nende probleemide lahendamiseks on uuritud erinevaid alumiiniumfooliumi modifitseerimismeetodeid, sealhulgas keemilist söövitamist, elektrokeemilist söövitamist, alalisvoolu anodeerimist, koroonatöötlust ja substraadi pinnale kantud juhtivaid katteid (nagu grafeenkatted, süsinik-nanotoru katted ja komposiitkatted). Mõnda neist kasutatakse juba kommertstoodetes. Viimastel aastatel on elektrit juhtivad katted, eriti süsinik{7}}kaetud alumiiniumfoolium, laialdaselt kasutusele võetud. Peamised põhjused on nende võime vähendada katoodvoolukollektori liideste kontakttakistust, leevendada polarisatsiooni ja järelikult suurendada aku tühjenemiskiiruse võimet mingil määral.

Praegused süsinik{0}}kaetud fooliumite uuringud keskenduvad peamiselt fooliumi ühilduvusele katoodkoostistega ja kiiruse jõudlusele. Sellised meetodid nagu keemiline korrosioon, elektrokeemiline söövitus ja koroonatöötlus võivad parandada alumiiniumfooliumi märguvust ja pinna karedust, vähendada laenguülekande takistust ning suurendada kiirust ja tsüklilist jõudlust. On näidatud, et katted, nagu grafeen, süsinik-nanotorud ja korrosioonivastased katted{3}}, parandavad raku jõudlust. Näiteks ühes uuringus märgiti, et grafeenkate suurendas pärast 50 tsüklit sisemist takistust vaid 5 mΩ, mis näitab head haardumist. Kuigi lägasüsteemide, protsesside rakendamise ja pinnatöötlustehnoloogiate kohta on tehtud märkimisväärseid uuringuid, on harva teatatud süsinikkatte paksuse mõjust rakkude üldisele jõudlusele, eriti liitiumraudfosfaadi (LFP) katoodide kiirusele ja tsüklivõimele. Selles uuringus kasutatakse substraadina peamiselt 16 μm paksust alumiiniumfooliumi, et uurida erineva süsinikkatte paksusega fooliumi morfoloogilisi muutusi ja nende järgnevat mõju raku jõudlusele.

Nagu on näidatud tabeli vahel, suureneb fooliumi pindala tihedus järk-järgult juhtiva katte paksusega. Fooliumi elektritakistus ei muutu lineaarselt paksusega. Kõigil süsinikkattega voolukollektoritel on halvem juhtivus kui puhtal alumiiniumil ja nende takistus on 2–6 korda suurem. Näidis Al-2 näitab madalaimat sisemist takistust, samas kui Al-5 on kõige suurem. Selle põhjuseks on (vähem juhtiva) sideaine/kolloidse materjali sisaldus kattekihis, kui katte mass suureneb. Süsinikkatte paksuse kasvades suureneb ka liitiumraudfosfaadi (LFP) aktiivmaterjali ja juhtiva kattekihi vaheline kontaktpind, mis suurendab koorumistugevust. Ent suurema sisseehitatud ala korral suureneb ka kontakt aktiivse materjali ja sideaine/kolloidse materjali vahel juhtivas kihis, mis omakorda suurendab takistust.

Süsinikega{0}}kaetud substraadi pind tundub üldiselt lahtine ja poorne. Võrreldes palja alumiiniumfooliumiga muutub pind karedamaks, pakkudes rohkem osakeste kokkupuutepunkte. Pinna topograafia lainetus muutub juhtiva katte paksuse suurenemisega tugevamaks. Kuid isegi Al{10}}1-fooliumi puhul on süsinikukiht paljale alumiiniumfooliumile ühtlaselt kaetud. See juhtiv kate koosneb osakestest, mille suurus on umbes 3,4 μm, ja väiksematest osakestest vahemikus 150–200 nm, kusjuures on täheldatud elektrit juhtivast kattekihist pärinevate osakeste mõningast aglomeratsiooni. Erineva paksusega süsinikkattega alumiiniumfooliumist valmistatud mündielementidel on sümmeetrilised oksüdatsiooni- ja redutseerimispiigid, mis näitab paremat redoksreaktsiooni pöörduvust võrreldes palja alumiiniumfooliumiga. Potentsiaalne erinevus oksüdatsiooni- ja redutseerimispiikide vahel on väiksem kui palja alumiiniumfooliumi puhul, mis viitab sellele, et süsinikkatte olemasolu leevendab elektroodi polarisatsiooni.

Füüsikalis-keemiliste omaduste vaatenurgast

• Elektroodilehe koorumistugevus suureneb süsinikkatte paksusega.
• Elektroodi lehe takistus suureneb katte paksusega.
• Minimaalset takistuse väärtust täheldati kogupaksusel 2, 0 μm.
• Paksuste 4,0 μm ja 5,0 μm korral suureneb laengu ülekandetakistus, Li + difusioonivõime nõrgeneb ja polarisatsioon suureneb.
• Need tulemused näitavad, et süsinikkatte paksust tuleb reguleerida sobivas vahemikus.

Elementide elektrokeemilise jõudluse täielikust-perspektiivist

• Süsinik{0}}kaetud alumiiniumfoolium näitas eeliseid toatemperatuuril 0,5C ja 2,0C tsüklis, aga ka madalal-temperatuuril -20 kraadi juures.
• Optimaalset tsüklilist jõudlust nendes tingimustes täheldati katte kogupaksusega 2, 0 μm.
• Katsed näitasid ka, et 1,0 C voolukiirusel näitas paljas alumiiniumfoolium silmapaistvat tsüklilist jõudlust, säilitades pärast 1500 tsüklit üle 90% mahutavuse. See leid annab suuna süsiniku{5}}kaetud alumiiniumfooliumi mehhanismi edasiseks uurimiseks.
• Toimivus varieerub sõltuvalt süsiniku kattekihi paksusest. Liiga suurte kattepaksuste (nt 4,0 μm ja 5,0 μm) kasutamine ei paranda aku jõudlust tõhusalt, vaid raiskab läga materjali ja suurendab kulusid.
• Kuigi palja alumiiniumfooliumiga on võimalik saavutada optimaalne tsükli eluiga 1,0 °C juures, näitab selle tsüklikõver olulisi kõikumisi, mis kahjustab aku tervisliku seisundi (SOH) hilisemat-etapi hinnangut.

Arvestades kõiki näitajaid põhjalikult, on süsinikkatte kogupaksus1.0 μmesindab süsinikuga kaetud alumiiniumfooliumi optimaalset kulu-jõudlust{1}}.

Viited
Hiina riiklik teadmiste infrastruktuur (CNKI)

JÕUTA MEIE TEHNILISE MEESKONDA

Võite külastada meie toote linkihttp://www/carbon-coated-foil/carbon-coated-alumiinium-foil/carbon-coated-alumiinium-foolium-for.htmllisateabe saamiseks