Grafeno para baterias de lítio

O estágio de evolução dos agentes condutores de bateria de íon-lítio varia de materiais de negro de carbono de agentes condutores de dimensão zero a materiais de nanotubos de carbono unidimensionais semelhantes a fibras e, em seguida, a materiais de grafeno bidimensionais com estrutura lamelar.

 

Os materiais de agentes condutores são uma parte importante das baterias de íon-lítio e desempenham um papel importante no desempenho eletroquímico das baterias de íon-lítio. Depois que uma quantidade apropriada de agente condutor é adicionada ao eletrodo, a taxa de transferência de elétrons dentro do eletrodo pode ser efetivamente melhorada.

 

O grafeno tem as vantagens de excelente mecânica, propriedades ópticas, alta condutividade térmica, pequena resistividade e forte estabilidade. Como um novo tipo de agente condutor de bateria de lítio, devido à sua estrutura única de folha (estrutura bidimensional), o contato com o material ativo é uma forma de contato ponto-superfície, que pode maximizar o papel do agente condutor e reduzir a quantidade de agente condutor, para que mais materiais ativos possam ser usados ​​e a capacidade da bateria de lítio possa ser melhorada.

 

Mecanismo condutivo 

(1) A condutividade eletrônica é alta e o uso de uma pequena quantidade de grafeno pode efetivamente reduzir a polarização ôhmica dentro da bateria; (2) A estrutura de folha bidimensional, o grafeno pode alcançar o contato de "ponto de superfície" com o material ativo e pode construir uma rede condutora na peça polar a partir de uma extensão espacial maior. Perceba "condutividade de longo alcance" em todo o eletrodo; (3) Características ultrafinas, todos os átomos de carbono no grafeno podem ser expostos para transporte de elétrons, alta eficiência de utilização de átomos, para formar uma rede condutora completa com uso mínimo. Melhorar a densidade de energia da bateria; (4) alta flexibilidade, pode estar em bom contato com o material ativo, amortecer a expansão do volume e a contração do material ativo durante a carga e descarga, 

 

O efeito como agente condutor está intimamente relacionado com a quantidade adicionada. No caso de pequenas adições, o grafeno é muito melhor do que o negro de fumo condutivo porque pode formar melhor uma rede condutiva. No entanto, o grafeno com uma camada mais espessa dificultará a difusão de íons de lítio e reduzirá a condutividade iônica do eletrodo (6-9 camadas são geralmente consideradas as mais adequadas). No entanto, devido ao seu alto custo, dificuldade de dispersão e dificuldade de transmissão do íon lítio, não foi totalmente industrializado.

 

Processo de produção 

Os métodos do processo de produção de grafeno incluem principalmente método de peeling mecânico, método químico de decapagem em fase líquida, método redox , método de deposição química de vapor, etc., método de decapagem em fase líquida e método redox têm baixo custo e baixa pureza, adequados para baterias, supercapacitores, revestimentos condutores e tintas condutoras.

 

Nos últimos avanços da pesquisa, o agente condutor selecionado para algumas baterias de lítio é uma pasta condutora binária ou ternária misturada entre CNT , grafeno e negro de fumo condutivo . A composição de agentes condutores em pasta condutora é a demanda de aplicações industriais, e também é resultado da sinergia e excitação entre agentes condutores.

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