2. Nanostructured Electrode Materia

2. Nanostructured Electrode Materials for
Lithium-Ion Batteries
Lithium-ion battery currently represents the state-of-the-art
technology in small rechargeable batteries because of its many
merits (e.g., higher voltage, higher energy density, and longer
cycle life) compared with traditional rechargeable batteries
such as lead acid and Ni-Cd batteries. Typically, a lithium-ion
battery consists of a negative electrode (anode, e.g., graphite),
a positive electrode (cathode, e.g., LiCoO2), and a lithium-ionconducting
electrolyte (Fig. 1a). When the cell is charged, Li
ions are extracted from the cathode and inserted into the
anode. On discharge, the Li ions are released by the anode and taken up again by the cathode (Fig. 1a). Although such lithiumion
batteries are commercially successful, especially in smallscale
devices, these cells are still objects of intense research to
enhance their properties and characteristics, which is largely
promoted by the increasingly diverse range of applications they
need to power, such as next-generation wireless communication
devices (e.g., 3G mobile phones, MP4), EVs, HEVs, power
tools, uninterrupted power sources (UPS), stationary storage
batteries (SSBs), and microchips. Since no single lithium-ion
battery type can meet all the demands of such a large variety of
applications, different types of batteries with specific properties
for certain applications should be considered, including:
i) high-energy lithium-ion batteries for modern communication
taken up again by the cathode (Fig. 1a). Although such lithiumion
batteries are commercially successful, especially in smallscale
devices, these cells are still objects of intense research to
enhance their properties and characteristics, which is largely
promoted by the increasingly diverse range of applications they
need to power, such as next-generation wireless communication
devices (e.g., 3G mobile phones, MP4), EVs, HEVs, power
tools, uninterrupted power sources (UPS), stationary storage
batteries (SSBs), and microchips. Since no single lithium-ion
battery type can meet all the demands of such a large variety of
applications, different types of batteries with specific properties
for certain applications should be considered, including:
i) high-energy lithium-ion batteries for modern communication
Yu-Guo Guo received his Ph.D. in Chemistry from ICCAS under the supervision of Prof. Chun-Li
Bai and Prof. Li-Jun Wan. From 2004 to 2007 he worked with Prof. Joachim Maier at the Max
Planck Institute for Solid State Research at Stuttgart (Germany) first as a Guest Scientist and then a
Staff Scientist. He joined ICCAS as a professor in 2007. His current research interests are centered on
the nanostructured materials for advanced energy conversion and storage devices, the sizedependent
properties of energy materials, as well as ion/electron transport in nanoscaled systems.
Jin-Song Hu received his Ph.D. in Chemistry (2005) from ICCAS with Prof. Chun-Li Bai and Prof.
Li-Jun Wan as his supervisors. He joined ICCAS as an assistant professor in 2005 and was prompted
as an associate professor two years later. His current scientific interests are focused on functional
nanomaterials for environmental remediation, energy system and electronics.
devices; ii) high-power lithium-ion batteries for HEVs, EVs
and power tools; and iii) long-cycle-life lithium-ion batteries
for UPS and SSBs. Many anode and cathode materials with
appropriate properties have been considered for different
types of lithium-ion batteries (Table 1). However, commercial
batteries are mostly based on micrometer-sized electrode
materials, which are limited by their kinetics, lithium-ion
intercalation capacities, and structural stability. The performance
of currently available lithium-ion batteries can only
meet the requirements of these different applications to some
degree; challenges still remain, naturally, in developing new
electrode materials for high energy density, high power density
(viz., higher rates), longer cycle life, and improved safety. The
development of nanostructured electrode materials is considered
to be the most promising avenue towards overcoming
the current limits and achieving these goals.[1–12] However, it is
necessary first of all to know how nanomaterials impact on the
performance of the lithium-ion batteries and what kinds of
mechanisms these nanomaterials exhibit. Here, we address the
benefits of nanometer size effects and the disadvantages of
using ‘nano’, as well as strategies for solving these issues and
fulfilling the nanomaterials’ potential.
2.1. Benefits of Nanometer Size Effects
Nanomaterials can play a large role in improving the
performance of lithium-ion batteries, because in nanoparticle systems the distances over which Liþ must diffuse are
dramatically decreased; the nanoparticles can quickly absorb
and store vast numbers of lithium ions without causing any
deterioration in the electrode; and nanoparticles have large
surface areas, short diffusion lengths, and fast diffusion rates
along their many grain boundaries. Much enhanced capacities,
high rate performance, capacity retention abilities, and many
novel Li storage systems have been found to benefit from
nanometer size effects.
2.1.1. Enhanced Lithium Storage Kinetics
Lithium-ion batteries are amongst the most promising
candidates for applications in EVs, HEVs, and power tools in
terms of energy density, while the achievement of high power
density is hindered by kinetic problems in the electrode
materials, i.e., the slow Liþ and e
diffusion. For solid-state
diffusion of Li in electrode materials, the mean diffusion (or
storage) time, teq, is determined by the diffusion coefficient, D,
and the diffusion length, L, according to the following formula:
teq ¼ L2=2D (1)
Two approaches are, at present, gaining momentum in
resolving the kinetic problems of electrode materials. One
approach is increasingD by doping the electrode materials with
foreign atoms. Although mixed conduction is thus improved,
only limited rate-performance enhancement can be achieved,
and sometimes the introduction of heteroatoms can result in
unstable crystal structure.An alternative approach is decreasing
L, which has been realized by nanostructuring of electrode
materials.[3] For example, a reduction of L from 10 mm (the
typical size of commercial electrode materials) to 100nm
reduces, for a material with D¼10
10 cm2 s
1 (the typical
value of electrode materials), the teq from 5000 to 0.5 s. The
effects are so remarkable that the most extensive research
work over the years has followed this direction.
It has been found that electrode materials inactive towards
Li insertion may become active when ‘‘going nano’’. For
example, rutile TiO2 has very sluggish Li diffusion along the
ab-plane (Dab10
15 cm2 s
1), which is why Li insertion into
rutile is usually reported to be negligible, viz., ‘inactive’
towards Li insertion. However, nanometer-sized rutile TiO2
(10nm40 nm) is able to reversibly accommodate Li up to
Li0.5TiO2 (168mAh g
1) at 1–3V versus Liþ/Li with excellent
capacity retention on cycling.[13] This is mainly related to the
drastic decrease of the diffusion time teq from ca. four years for
10mm rutile (assume the mean square displacement need to
diffusion along the ab-plane Lab¼5 mm) to ca. 2 min for 10nm
rutile (Lab¼5 nm).
Nanometer-sized electrode materials may not only increase
the electroactivity towards Li insertion but also enhance the
high rate capability (high power), as has been observed for
many anode materials. The high rate capability results directly
from the transport advantages of the fine particle size, such as
shorter transport distances for both e
and Liþ transport as
well as a larger electrode/electrolyte contact area resulting
from the larger surface area. The former makes full Li diffusion
possible within a short storage time, i.e., at high charge/
discharge rates, and the latter greatly reduces the specific
current density of the active material. For example, the abovementioned
nanometer-sized rutile TiO2 with a specific surface
area of ca. 110m2 g
1 also exhibits an excellent high rate
performance (100mAh g
1 at 10C and 70mAh g
1 at 30 C,
where 1C¼336mAg
1), which makes it a promising anode
material for high-power lithium-ion batteries.[13] These findings
have encouraged people to reinvestigate materials that were
thought to be electrochemically inactive in bulk form due to
poor electronic and Liþ conductivity, but that could present
improved electrochemical performance at the nanoscale. More
examples should present themselves in due course.
2.1.2. Enhanced Structural Stability
Since structural transition to thermodynamically undesirable
structures can only occur if the particle radius rp is larger
than the critical nucleation radius rc for that phase, it is possible
to eliminate such transitions by using nanoparticles with rp>rc.
Thus, small particles would more easily accommodate the
structural changes occurring during the cycling process where
Li is inserted and extracted. For example, layered LiMnO2
suffers from structural instability during cycling and as a result,
exhibits significant capacity fade. As a way to overcome such
difficulties, nanocrystalline structures have attracted increasing
attention, since the lattice stress caused by Jahn–Teller
distortion can be accommodated more easily, and hence they
exhibit much higher Li-intercalation capacity than their
conventional crystalline counterparts.[4]
In nanoparticles the charge accommodation occurs largely
at or very near the surface and the smaller the particles are, the
larger the portion of these constituent atoms at the surface.
This fact reduces the need for diffusion of Liþ in the solid
phase, greatly increasing the charge and discharge rate of the
cathode as well as reducing the volumetric changes and lattice
stresses caused by repeated Li insertion and expulsion.
2.1.3. New Lithium-Storage Mechanisms
Anothe

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

2. Nanostructured ไฟฟ้าวัสดุสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนปัจจุบันแทนรัฐ-of-the-artเทคโนโลยีแบตเตอรี่แบบชาร์จขนาดเล็กเนื่องจากกลุ่มของบุญ (แรงดันสูง ความหนาแน่นของพลังงานสูงกว่า เช่น และอีกต่อไปวงจรชีวิต) เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่แบบชาร์จใหม่ได้นำกรดและแบตเตอรี่ Ni Cd โดยปกติ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบตเตอรี่ประกอบด้วยอิเล็กโทรดลบ (แอโนด เช่น แกรไฟต์),ไฟฟ้าบวก (แคโทด เช่น LiCoO2), และลิเทียม-ionconductingอิเล็กโทร (Fig. 1a) เมื่อเซลล์คิด หลี่ประจุจะแยกจากแคโทด และแทรกลงในการขั้วบวก บนปล่อย ประจุลี่จะออก โดยขั้วบวก และนำค่าอีกครั้ง โดยแคโทด (Fig. 1a) แม้ว่า lithiumion ดังกล่าวแบตเตอรี่เป็นในเชิงพาณิชย์ประสบความสำเร็จ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเกล็ดถี่อุปกรณ์ เซลล์เหล่านี้จะยังคงวัตถุของการวิจัยที่เข้มข้นเพิ่มคุณสมบัติและลักษณะ ซึ่งเป็นส่วนใหญ่ของพวกเขาส่งเสริม โดยหลากหลายมากของโปรแกรมประยุกต์เหล่านั้นต้องการพลังงาน เช่นการสื่อสารไร้สายของรุ่นถัดไปอุปกรณ์ (เช่น 3G โทรศัพท์มือถือ MP4), และ HEVs พลังงานเครื่องมือ แหล่งจ่ายไฟอย่างต่อเนื่อง (UPS), เก็บเครื่องเขียนแบตเตอรี่ (SSBs), และ microchips ตั้งแต่แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนไม่เดี่ยวแบตเตอรี่ชนิดสามารถตอบสนองความต้องการหลากหลายเช่นขนาดใหญ่โปรแกรมประยุกต์ ชนิดของแบตเตอรี่ด้วยคุณสมบัติเฉพาะบางโปรแกรมประยุกต์ควร รวมทั้ง:i) แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน high-energy สำหรับการสื่อสารที่ทันสมัยใช้ไปอีกแคโทด (Fig. 1a) แม้ว่า lithiumion ดังกล่าวแบตเตอรี่เป็นในเชิงพาณิชย์ประสบความสำเร็จ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเกล็ดถี่อุปกรณ์ เซลล์เหล่านี้จะยังคงวัตถุของการวิจัยที่เข้มข้นเพิ่มคุณสมบัติและลักษณะ ซึ่งเป็นส่วนใหญ่ของพวกเขาส่งเสริม โดยหลากหลายมากของโปรแกรมประยุกต์เหล่านั้นต้องการพลังงาน เช่นการสื่อสารไร้สายของรุ่นถัดไปอุปกรณ์ (เช่น 3G โทรศัพท์มือถือ MP4), และ HEVs พลังงานเครื่องมือ แหล่งจ่ายไฟอย่างต่อเนื่อง (UPS), เก็บเครื่องเขียนแบตเตอรี่ (SSBs), และ microchips ตั้งแต่แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนไม่เดี่ยวแบตเตอรี่ชนิดสามารถตอบสนองความต้องการหลากหลายเช่นขนาดใหญ่โปรแกรมประยุกต์ ชนิดของแบตเตอรี่ด้วยคุณสมบัติเฉพาะบางโปรแกรมประยุกต์ควร รวมทั้ง:i) แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน high-energy สำหรับการสื่อสารที่ทันสมัยยูกูกูรับปริญญาเขาเคมีจาก ICCAS ภายใต้การดูแลของศาสตราจารย์ Chun-Liไบและศาสตราจารย์ Li Jun หวาน จากปี 2004 2007 เขาทำงานกับศาสตราจารย์ Joachim Maier ที่สูงสุดสถาบันวิจัยสถานะของแข็งที่สตุตการ์ต (เยอรมนี) เป็นนักวิทยาศาสตร์ที่ห้องแรกของพลังค์และการนักวิทยาศาสตร์เจ้าหน้าที่ เขาเข้าร่วม ICCAS เป็นอาจารย์ในปี 2007 สนใจงานวิจัยของเขาปัจจุบันเป็นศูนย์กลางในวัสดุ nanostructured พลังงานขั้นสูงการแปลงและจัดเก็บอุปกรณ์ sizedependentคุณสมบัติของวัสดุพลังงาน การขนส่งไอออน/อิเล็กตรอนในระบบ nanoscaledฮูจิเพลงรับปริญญาเขาเคมี (2005) จาก ICCAS Bai Chun-Li ศาสตราจารย์และศาสตราจารย์Li Jun วานเป็นผู้บังคับบัญชาของเขา เขาเข้าร่วม ICCAS เป็นเป็นผู้ช่วยศาสตราจารย์ในปี 2005 และได้รับการพร้อมท์เป็นศาสตราจารย์สองปีภายหลัง เขาสนใจทางวิทยาศาสตร์ปัจจุบันจะเน้นการทำงานnanomaterials สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และระบบพลังงาน เพื่อสิ่งแวดล้อมอุปกรณ์ ii) แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนกำลังแรงสูงสำหรับ HEVs และและเครื่อง มือไฟฟ้า และ iii) ลองวงจรชีวิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนUPS และ SSBs วัสดุแอโนดและแคโทดที่มากด้วยมีการพิจารณาคุณสมบัติที่เหมาะสมสำหรับแตกต่างกันชนิดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (ตาราง 1) อย่างไรก็ตาม พาณิชย์แบตเตอรี่ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับขนาดไมโครมิเตอร์ไฟฟ้าวัสดุ ซึ่งจะถูกจำกัด โดยจลนพลศาสตร์ของพวกเขา ลิเธียมไอออนกำลังการผลิต intercalation และความมั่นคงโครงสร้าง ประสิทธิภาพการทำงานของอยู่ลิเทียมไอออน แบตเตอรี่สามารถเท่านั้นตอบสนองความต้องการของโปรแกรมประยุกต์เหล่านี้แตกต่างกันไประดับ ความท้าทายยังคง ธรรมชาติ ในการพัฒนาใหม่วัสดุไฟฟ้าสำหรับพลังงานสูงความหนาแน่น ความหนาแน่นของพลังงานสูง(viz., สูงอัตรา), ต่อวงจรชีวิต และความปลอดภัยที่ดีขึ้น ที่ถือว่าพัฒนาวัสดุไฟฟ้า nanostructuredมี อเวนิวว่าต่อมากเพียงใดจำกัดปัจจุบันและบรรลุเป้าหมายเหล่านี้ [1-12] อย่างไรก็ตาม เป็นจำเป็นก่อนอื่นต้องทราบว่า nanomaterials ส่งผลกระทบในการประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน และชนิดของกลไกแสดง nanomaterials เหล่านี้ เราอยู่ที่นี่ การประโยชน์ของผลขนาด nanometer และข้อเสียของใช้ 'นาโน' ตลอดจนกลยุทธ์ในการแก้ปัญหาเหล่านี้ และตอบสนองศักยภาพของ nanomaterials2.1. ประโยชน์ของ Nanometer ขนาดผลNanomaterials สามารถมีบทบาทมากในการปรับปรุงการประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เนื่องจากในระบบ nanoparticle ต้องแฟลชระยะทางผ่าน Liþ ที่อยู่ลดลงอย่างมาก เก็บกักสามารถดูดซับได้อย่างรวดเร็วและร้านค้ามากมายจำนวนประจุลิเทียมโดยไม่มีสาเหตุใด ๆเสื่อมสภาพในอิเล็กโทรด และเก็บกักมีขนาดใหญ่พื้นที่ผิว แพร่สั้นยาว และอัตราการแพร่อย่างรวดเร็วตามขอบข้าวมากขึ้น กำลังการผลิตเพิ่มมากขึ้นประสิทธิภาพสูง ความสามารถในการเก็บข้อมูลกำลังการผลิต และหลายระบบจัดเก็บลินวนิยายพบได้ประโยชน์จากผลกระทบขนาด nanometer2.1.1 การเพิ่มลิเทียมเก็บจลนพลศาสตร์แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะอยู่ที่ว่าสำหรับโปรแกรมประยุกต์ ในฟ้า HEVs เครื่องมือไฟฟ้าในเงื่อนไขของความหนาแน่นพลังงาน ในขณะที่ความสำเร็จของการใช้พลังงานสูงความหนาแน่นเป็นผู้ที่ขัดขวาง ด้วยปัญหาเดิม ๆ ในการไฟฟ้าวัสดุ เช่น Liþ ช้าและแพร่อี สำหรับโซลิดสเตตแพร่ของ Li ในอิเล็กโทรดวัสดุ แพร่เฉลี่ย (หรือเวลาเก็บ) teq จะกำหนด โดยสัมประสิทธิ์การแพร่ Dและแพร่ความยาว L ตามสูตรต่อไปนี้:teq ¼ L2 = 2D (1)วิธีที่สอง ปัจจุบัน โมเมนตัมในการดึงดูดแก้ปัญหาเดิม ๆ ของวัสดุไฟฟ้า หนึ่งวิธีคือ increasingD โดยโดปปิงค์วัสดุอิเล็กโทรดด้วยอะตอมต่าง แม้ว่าผสมจึง จะดีขึ้น ดังนั้นสามารถทำได้ ปรับปรุงประสิทธิภาพอัตราจำกัดเท่านั้นบางครั้งการแนะนำของ heteroatoms ส่งผลให้เกิดโครงสร้างผลึกที่ไม่เสถียร ลดวิธีการอื่นL ที่ได้รับรู้ โดย nanostructuring ของอิเล็กโทรดวัสดุ [3] ตัวอย่าง การลดลงของ L จาก 10 มม.(ขนาดโดยทั่วไปการผลิตไฟฟ้าเชิงพาณิชย์) เพื่อ 100nmลด วัสดุกับ D¼10 10 cm2 s 1 (แบบทั่วไปค่าวัสดุไฟฟ้า), teq จาก 5000 ถึง 0.5 s ได้ลักษณะโดดเด่นดังนั้นที่การวิจัยมากที่สุดปีที่ทำงานได้ตามทิศทางนี้มันพบอิเล็กโทรดที่วัสดุที่ไม่ใช้งานต่อแทรก Li อาจเปิดใช้งานเมื่อ ''ไปนาโน '' ได้ สำหรับตัวอย่าง rutile TiO2 มีราคาแพร่ลิซบเซามากตามab-เครื่องบิน (เล็กน้อย 10 15 cm2 s 1), ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมลี่แทรกลงในrutile มักจะรายงานเป็นระยะ viz., 'งาน'ต่อหลี่แทรก อย่างไรก็ตาม nanometer ขนาด rutile TiO2(10nm 40 nm) จะสามารถ reversibly รองรับ Li ถึงLi0.5TiO2 (168mAh g 1) ที่ 1-3V เทียบกับ Liþ/หลี่ ด้วยดีเก็บข้อมูลความจุบนจักรยาน [13] ซึ่งส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการรุนแรงลด teq เวลาแพร่จาก ca สี่ปี10 มม. rutile (คิดค่าเฉลี่ยกำลังสองแทนต้องแพร่พร้อมมม. Lab¼5 ab-เครื่องบิน) ให้ ca 2 นาทีสำหรับ 10nmrutile (Lab¼5 nm)อิเล็กโทรดขนาด nanometer วัสดุอาจไม่เพิ่มขึ้นเท่านั้นelectroactivity ต่อแทรกลี่ แต่ยัง เพิ่มการมีได้พบอัตราสูงความสามารถ (พลังงานสูง), เป็นการหลายวัสดุแอโนด ความสามารถสูงส่งผลโดยตรงจากข้อดีขนของขนาดอนุภาคดี เช่นระยะทางขนส่งสั้นอีและ Liþ การขนส่งเป็นรวมทั้งการไฟฟ้า/อิเล็กโทรใหญ่ติดต่อได้ตั้งจากพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ เดิมให้เต็มลี่แพร่เป็นไปได้ในการเก็บสั้นเวลา เช่น ค่าใช้จ่ายสูง /ราคาจำหน่าย และหลังมากช่วยลดการปัจจุบันที่ความหนาแน่นของวัสดุที่ใช้งานอยู่ ตัวอย่าง ดังกล่าวข้างต้นขนาด nanometer rutile TiO2 มีผิวบางที่ตั้งของ ca 110m 2 g 1 ยังจัดแสดงมีอัตราสูงดีประสิทธิภาพ (100mAh g 1 ที่ 10C และ 70mAh g 1 ที่ 30 Cที่ 1C¼336mAg 1), ซึ่งทำให้แอโนดสัญญาวัสดุสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนกำลังแรงสูง [13] ค้นพบเหล่านี้ได้สนับสนุนให้คน reinvestigate วัสดุที่ความคิดที่จะ electrochemically ไม่ได้ใช้งานในแบบฟอร์มจำนวนมากเนื่องคนจนอิเล็กทรอนิกส์ และนำ Liþ แต่สามารถนำเสนอปรับปรุงประสิทธิภาพการไฟฟ้าที่ nanoscale เพิ่มเติมตัวอย่างควรนำเสนอตัวเองในครบกำหนดแน่นอน2.1.2 การเพิ่มเสถียรภาพของโครงสร้างตั้งแต่เปลี่ยนโครงสร้างการ thermodynamically ที่ไม่พึงปรารถนาโครงสร้างเท่านั้นอาจเกิดขึ้นถ้า rp รัศมีอนุภาคมีขนาดใหญ่กว่ารัศมี nucleation สำคัญใน rc ในระยะนั้น เป็นไปได้การกำจัดช่วงดังกล่าว โดยการเก็บกักด้วย rp > rcดังนั้น อนุภาคขนาดเล็กจะรองรับได้ง่ายกระบวนการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่เกิดขึ้นระหว่างการขี่จักรยานหลี่เป็นแทรก และสกัด ตัวอย่าง ชั้น LiMnO2suffers จากความไม่เสถียรของโครงสร้างใน ระหว่างการขี่จักรยาน และ เป็น ผลจัดแสดงกำลังการผลิตที่สำคัญค่อย ๆ เป็นวิธีการเอาชนะเช่นความยากลำบาก nanocrystalline โครงสร้างได้ดึงดูดเพิ่มขึ้นความสนใจ ตั้งแต่โครงตาข่ายประกอบความเครียดเกิดจาก Jahn – ถอนเงินสามารถอาศัยความผิดเพี้ยนมากขึ้นได้อย่างง่ายดาย และดังนั้นพวกเขาแสดงความจุลิ intercalation มากสูงกว่าของพวกเขาปกติคู่ผลึก [4]ในการเก็บกัก ที่พักค่าธรรมเนียมเกิดขึ้นส่วนใหญ่ที่ หรือ ใกล้พื้นผิวและอนุภาคขนาดเล็กมากมี การใหญ่ส่วนของอะตอมธาตุเหล่านี้ที่ผิวความจริงลดราคาต้องการแพร่ของ Liþ ในของแข็งเฟส มากขึ้นอัตราค่าธรรมเนียมและปลดประจำการแคโทดตลอดจนลดการเปลี่ยนแปลง volumetric และโครงตาข่ายประกอบความเครียดที่เกิดจากซ้ำแทรก Li และขับ2.1.3 ใหม่ลิเทียมเก็บกลไกAnothe

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

2.
วัสดุไฟฟ้าอิเล็กทรอนิคส์สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในปัจจุบันแสดงให้เห็นถึงสถานะของศิลปะเทคโนโลยีในการชาร์จแบตเตอรี่ขนาดเล็กเพราะหลายคุณธรรม(เช่นแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้นและอีกต่อวงจรชีวิต) เมื่อเทียบ พร้อมกับแบตเตอรี่ชาร์จแบบดั้งเดิมเช่นกรดตะกั่วและNi-Cd แบตเตอรี่ โดยปกติลิเธียมไอออนแบตเตอรี่ประกอบด้วยขั้วลบ (ขั้วบวกเช่น, กราไฟท์) ขั้วไฟฟ้าบวก (แคโทดเช่น LiCoO2) และลิเธียม ionconducting อิเล็ก (รูป. 1a) เมื่อเซลล์ถูกตั้งข้อหาหลี่ไอออนที่สกัดจากแคโทดและแทรกลงในขั้วบวก เมื่อวันที่ปล่อยไอออนลี่จะถูกปล่อยออกจากขั้วบวกและถูกนำตัวขึ้นมาอีกครั้งโดยแคโทด (รูป. 1a) แม้ว่า lithiumion เช่นแบตเตอรี่จะประสบความสำเร็จในเชิงพาณิชย์โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบการอุปกรณ์เซลล์เหล่านี้ยังคงวัตถุของการวิจัยที่รุนแรงเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในคุณสมบัติของพวกเขาและลักษณะซึ่งเป็นส่วนใหญ่ให้ความสำคัญกับความหลากหลายมากขึ้นของการใช้งานที่พวกเขาจำเป็นต้องใช้พลังงานเช่นไร้สายรุ่นต่อไปการสื่อสารอุปกรณ์ (เช่นโทรศัพท์มือถือ 3G, MP4) EVs, HEVs พลังงานเครื่องมือแหล่งพลังงานอย่างต่อเนื่อง(UPS), การจัดเก็บนิ่งแบตเตอรี่(SSBs) และไมโครชิป เนื่องจากไม่มีลิเธียมไอออนเดียวแบตเตอรี่ชนิดที่สามารถตอบสนองทุกความต้องการเช่นความหลากหลายของการใช้งานที่แตกต่างกันของแบตเตอรี่ที่มีคุณสมบัติเฉพาะสำหรับการใช้งานบางอย่างที่ควรจะได้รับการพิจารณารวมไปถึง: i) พลังงานสูงลิเธียมไอออนแบตเตอรี่สำหรับการสื่อสารที่ทันสมัยนำขึ้นมาอีกครั้งโดยแคโทด (รูป. 1a) แม้ว่า lithiumion เช่นแบตเตอรี่จะประสบความสำเร็จในเชิงพาณิชย์โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบการอุปกรณ์เซลล์เหล่านี้ยังคงวัตถุของการวิจัยที่รุนแรงเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในคุณสมบัติของพวกเขาและลักษณะซึ่งเป็นส่วนใหญ่ให้ความสำคัญกับความหลากหลายมากขึ้นของการใช้งานที่พวกเขาจำเป็นต้องใช้พลังงานเช่นไร้สายรุ่นต่อไปการสื่อสารอุปกรณ์ (เช่นโทรศัพท์มือถือ 3G, MP4) EVs, HEVs พลังงานเครื่องมือแหล่งพลังงานอย่างต่อเนื่อง(UPS), การจัดเก็บนิ่งแบตเตอรี่(SSBs) และไมโครชิป เนื่องจากไม่มีลิเธียมไอออนเดียวแบตเตอรี่ชนิดที่สามารถตอบสนองทุกความต้องการเช่นความหลากหลายของการใช้งานที่แตกต่างกันของแบตเตอรี่ที่มีคุณสมบัติเฉพาะสำหรับการใช้งานบางอย่างที่ควรจะได้รับการพิจารณารวมไปถึง: i) พลังงานสูงลิเธียมไอออนแบตเตอรี่สำหรับการสื่อสารที่ทันสมัย​​Yu -Guo Guo ได้รับปริญญาเอกของเขา ในวิชาเคมีจาก ICCAS ภายใต้การดูแลของศชุนลีตากใบและศLi-Wan มิถุนายน จาก 2004-2007 เขาทำงานร่วมกับศ. โจอาคิม Maier ที่ Max Planck สถาบันเพื่อการวิจัยโซลิดสเตที่สตุตกา (เยอรมนี) เป็นครั้งแรกที่นักวิทยาศาสตร์และบุคคลทั่วไปแล้วนักวิทยาศาสตร์พนักงาน เขาเดินเข้าไปสมทบ ICCAS เป็นอาจารย์ในปี 2007 ผลการวิจัยในปัจจุบันของเขาเป็นศูนย์กลางในวัสดุอิเล็กทรอนิคส์สำหรับการแปลงพลังงานขั้นสูงและอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลที่sizedependent คุณสมบัติของวัสดุพลังงานเช่นเดียวกับไอออน / อิเล็กตรอนการขนส่งในระบบ nanoscaled. จินเพลงที่ได้รับการเอาอกเอาใจ ปริญญาเอกของเขา ในวิชาเคมี (2005) จาก ICCAS กับศ. ชุนลีตากใบและศLi-มิถุนายนวรรณเป็นผู้บังคับบัญชาของเขา เขาเดินเข้าไปสมทบ ICCAS เป็นผู้ช่วยศาสตราจารย์ในปี 2005 และได้รับแจ้งเป็นอาจารย์ร่วมสองปีต่อมา ความสนใจทางวิทยาศาสตร์ของเขาในปัจจุบันจะเน้นการทำงานวัสดุนาโนในการฟื้นฟูสิ่งแวดล้อมระบบพลังงานและอิเล็กทรอนิกส์. อุปกรณ์; ii) พลังงานสูงลิเธียมไอออนแบตเตอรี่สำหรับ HEVs, EVs และเครื่องมือไฟฟ้า; และ iii) ระยะวงจรชีวิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสำหรับUPS และ SSBs หลายขั้วบวกขั้วลบและวัสดุที่มีคุณสมบัติที่เหมาะสมได้รับการพิจารณาที่แตกต่างกันสำหรับประเภทของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน(ตารางที่ 1) อย่างไรก็ตามในเชิงพาณิชย์แบตเตอรี่ส่วนใหญ่จะอิงขั้วไมโครเมตรขนาดวัสดุที่จะถูกจำกัด โดยจลนศาสตร์ของพวกเขาลิเธียมไอออนความจุเสพและความมั่นคงของโครงสร้าง ผลการดำเนินงานของการอยู่ในปัจจุบันแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเท่านั้นที่สามารถตอบสนองความต้องการของการใช้งานที่แตกต่างกันเหล่านี้ไปยังบางองศา; ความท้าทายที่ยังคงอยู่ตามธรรมชาติในการพัฒนาใหม่วัสดุไฟฟ้าความหนาแน่นพลังงานสูงความหนาแน่นพลังงานสูง(ได้แก่ . อัตราที่สูงขึ้น) วงจรชีวิตอีกต่อไปและการปรับปรุงความปลอดภัย การพัฒนาของวัสดุไฟฟ้าอิเล็กทรอนิคส์ได้รับการยกย่องให้เป็นถนนที่มีแนวโน้มมากที่สุดที่มีต่อการเอาชนะข้อจำกัด ในปัจจุบันและการบรรลุเป้าหมายเหล่านี้. [1-12] แต่ก็เป็นสิ่งที่จำเป็นแรกของทุกคนที่จะรู้ว่าวัสดุนาโนผลกระทบต่อประสิทธิภาพการทำงานของลิเธียมไอออนแบตเตอรี่และสิ่งที่ชนิดของกลไกเหล่านี้จัดแสดงวัสดุนาโน ที่นี่เราอยู่ที่ผลประโยชน์ของผลกระทบขนาดนาโนเมตรและข้อเสียของการใช้'นาโน' เช่นเดียวกับกลยุทธ์ในการแก้ปัญหาเหล่านี้และการตอบสนองที่มีศักยภาพnanomaterials. 2.1 ประโยชน์ที่ได้รับผลกระทบขนาดนาโนเมตรวัสดุนาโนสามารถมีบทบาทสำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเพราะในระบบอนุภาคนาโนระยะทางมากกว่าที่Lith ต้องกระจายเป็นลดลงอย่างมาก; อนุภาคนาโนได้อย่างรวดเร็วสามารถดูดซับและเก็บจำนวนมากมายของลิเธียมไอออนไม่ก่อให้เกิดใด ๆ ที่เสื่อมสภาพในอิเล็กโทรด; และอนุภาคนาโนมีขนาดใหญ่พื้นที่ผิวยาวแพร่สั้นและอัตราการแพร่กระจายอย่างรวดเร็วพร้อมข้าวเขตแดนของพวกเขาหลาย ความจุที่เพิ่มขึ้นมากประสิทธิภาพอัตราที่สูง, ความสามารถในการกักเก็บความจุและหลายนวนิยายLi ระบบจัดเก็บข้อมูลที่ได้รับพบว่าได้รับประโยชน์จากผลกระทบขนาดนาโนเมตร. 2.1.1 เพิ่มลิเธียมการจัดเก็บจลนพลศาสตร์แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นหมู่ที่มีแนวโน้มมากที่สุดผู้สมัครสำหรับการใช้งานในEVs, HEVs และเครื่องมือไฟฟ้าในแง่ของความหนาแน่นของพลังงานในขณะที่ความสำเร็จของการใช้พลังงานสูงความหนาแน่นจะขัดขวางโดยปัญหาที่เกิดขึ้นเกี่ยวกับการเคลื่อนไหวในขั้วไฟฟ้าวัสดุกล่าวคือชะลอ Lith และ e? การแพร่ สำหรับรัฐที่มั่นคงการแพร่กระจายของหลี่ในวัสดุไฟฟ้ากระจายเฉลี่ย(หรือการเก็บรักษา) เวลา TEQ จะถูกกำหนดโดยค่าสัมประสิทธิ์การแพร่, D, และระยะเวลาในการแพร่กระจาย, L, ตามสูตรการคำนวณดังนี้TEQ ¼ L2 = 2D ( 1) สองวิธีมีในปัจจุบันดึงดูดโมเมนตัมในการแก้ไขปัญหาที่เกิดขึ้นกับการเคลื่อนไหวของวัสดุไฟฟ้า หนึ่งในวิธีการที่จะ increasingD โดยยาสลบวัสดุอิเล็กโทรดที่มีอะตอมต่างประเทศ แม้ว่าการนำผสมจะดีขึ้นจึงเพียง แต่ จำกัด การเพิ่มประสิทธิภาพอัตราสามารถทำได้และบางครั้งการแนะนำของheteroatoms จะส่งผลในการเลือกวิธีstructure.An คริสตัลที่ไม่แน่นอนจะลดลงลิตรซึ่งได้รับการตระหนักโดยnanostructuring ของอิเล็กโทรดวัสดุ. [3] ยกตัวอย่างเช่นการลดลงของ L จาก 10 มม (คนขนาดปกติของวัสดุไฟฟ้าในเชิงพาณิชย์) เพื่อ 100nm ลดสำหรับวัสดุที่มีD¼10 10 cm2 s 1 (ปกติมูลค่าของวัสดุไฟฟ้า) TEQ 5000-.5 ฯ . ผลกระทบจึงเป็นที่น่าสังเกตว่าการวิจัยที่ครอบคลุมมากที่สุดทำงานมากกว่าปีที่ผ่านมาได้ดำเนินการตามทิศทางนี้. จะได้รับพบว่าวัสดุที่ไม่ใช้งานอิเล็กโทรดที่มีต่อการแทรกลี่อาจจะใช้งานได้เมื่อ '' จะนาโน '' สำหรับตัวอย่างเช่น TiO2 rutile มีซบเซามากแพร่หลี่ตาม AB-เครื่องบิน (ทา? 10? 15 cm2 s? 1) ซึ่งเป็นเหตุผลที่แทรกลี่เข้าrutile มักจะต้องไปรายงานตัวเล็กน้อย ได้แก่ . 'ใช้งาน' ที่มีต่อการแทรกลี่ . อย่างไรก็ตาม rutile นาโนเมตรขนาด TiO2 (10nm 40 นาโนเมตร) สามารถที่จะพลิกกลับ Li รองรับได้ถึงLi0.5TiO2 (168mAh กรัม 1) ที่ 1-3V เมื่อเทียบกับ Lith / หลี่ที่ยอดเยี่ยมกับการเก็บข้อมูลความจุในการขี่จักรยาน. [13] นี่คือ ส่วนใหญ่ที่เกี่ยวข้องกับการลดลงอย่างมากของเวลาการแพร่กระจายTEQ จากแคลิฟอร์เนีย สี่ปีสำหรับ10mm rutile (สมมติรางเฉลี่ยตารางต้องแพร่กระจายไปตามAB-เครื่องบินLab¼5มิลลิเมตร) รัฐแคลิฟอร์เนีย 2 นาทีสำหรับ 10nm rutile (Lab¼5นาโนเมตร). วัสดุไฟฟ้านาโนเมตรขนาดอาจไม่เพียง แต่เพิ่มelectroactivity ต่อการแทรกลี่ แต่ยังเพิ่มความสามารถในอัตราที่สูง(ไฟสูง) ตามที่ได้รับการปฏิบัติสำหรับวัสดุขั้วบวกจำนวนมาก ความสามารถในอัตราที่สูงจะส่งผลโดยตรงจากความได้เปรียบการขนส่งของขนาดอนุภาคขนาดเล็กเช่นระยะทางที่สั้นกว่าการขนส่งสำหรับe ทั้งสอง? และการขนส่ง Lith เป็นอย่างดีในฐานะที่เป็นขั้วไฟฟ้าขนาดใหญ่/ อิเลคพื้นที่ติดต่อที่เกิดจากพื้นผิวขนาดใหญ่ในพื้นที่ อดีตทำให้การแพร่กระจายเต็มลี่ไปได้ภายในระยะเวลาการเก็บสั้น ๆ เช่นค่าใช้จ่ายสูง / อัตราการไหลและหลังช่วยลดเฉพาะความหนาแน่นกระแสของวัสดุที่ใช้งานอยู่ ยกตัวอย่างเช่นการดังกล่าวข้างต้นrutile นาโนเมตรขนาด TiO2 ที่มีพื้นผิวที่เฉพาะเจาะจงในพื้นที่ของรัฐแคลิฟอร์เนีย 110m2 กรัม 1 นอกจากนี้ยังจัดแสดงนิทรรศการในอัตราสูงที่ดีเยี่ยมผลการดำเนินงาน(100mAh กรัม 1 ที่ 10C และ 70mAh กรัม 1 วันที่ 30 ซีที่1C¼336mAg 1) ซึ่งทำให้มันเป็นขั้วบวกแนวโน้มวัสดุพลังงานสูงแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน. [ 13] การค้นพบนี้ได้รับการสนับสนุนให้คนที่จะreinvestigate วัสดุที่มีความคิดที่จะใช้งานในรูปแบบelectrochemically จำนวนมากเนื่องจากการอิเล็กทรอนิกส์และคนจนการนำLith แต่ที่จะนำเสนอผลการดำเนินงานที่ดีขึ้นที่ไฟฟ้านาโน เพิ่มเติมตัวอย่างควรจะนำเสนอตัวเองในหลักสูตรเนื่องจาก. 2.1.2 เสถียรภาพโครงสร้างที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่ไม่พึงประสงค์ thermodynamically โครงสร้างเท่านั้นที่สามารถเกิดขึ้นได้หากรัศมีอนุภาค RP มีขนาดใหญ่กว่ารัศมีนิวเคลียสที่สำคัญRC สำหรับขั้นตอนที่มันเป็นไปได้ที่จะกำจัดการเปลี่ยนดังกล่าวโดยใช้อนุภาคนาโนที่มีRP> RC. ดังนั้นอนุภาคขนาดเล็กจะ ได้ง่ายขึ้นรองรับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่เกิดขึ้นในระหว่างขั้นตอนการขี่จักรยานที่หลี่ถูกแทรกและสกัด ยกตัวอย่างเช่นชั้น LiMnO2 ทนทุกข์ทรมานจากความไม่แน่นอนของโครงสร้างในระหว่างการขี่จักรยานและเป็นผลให้การจัดแสดงนิทรรศการจางความจุอย่างมีนัยสำคัญ เป็นวิธีที่จะเอาชนะเช่นปัญหาโครงสร้าง nanocrystalline มีความสนใจที่เพิ่มขึ้นความสนใจเนื่องจากความเครียดตาข่ายที่เกิดจากการJahn-Teller บิดเบือนสามารถอาศัยได้ง่ายขึ้นและด้วยเหตุนี้พวกเขาแสดงมากขึ้นความจุแบตเตอรี่Li-เสพกว่าของพวกเขาคู่ผลึกเดิม. [4] ในอนุภาคนาโนที่พักค่าใช้จ่ายที่เกิดขึ้นส่วนใหญ่หรือใกล้พื้นผิวและมีขนาดเล็กกว่าอนุภาคที่มีที่มีขนาดใหญ่ส่วนของอะตอมองค์ประกอบเหล่านี้ที่พื้นผิว. ความเป็นจริงซึ่งจะช่วยลดความจำเป็นในการแพร่กระจายของ Lith ในของแข็งขั้นตอนมากขึ้นค่าใช้จ่ายและอัตราการปล่อยแคโทดเช่นเดียวกับการลดการเปลี่ยนแปลงปริมาตรและตาข่ายความเครียดที่เกิดจากการทำซ้ำแทรกลี่และขับไล่. 2.1.3 ใหม่ลิเธียมกลไกการจัดเก็บAnothe

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

2 . nanostructured ขั้วไฟฟ้าสำหรับ

ไอออนแบตเตอรี่ลิเธียมแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในปัจจุบันเป็นเทคโนโลยี state - of - the - art
ในการชาร์จแบตเตอรี่ขนาดเล็ก เพราะบุญกุศลมากมาย
ของมัน ( เช่น สูงกว่าแรงดัน ความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้นและวงจรชีวิตที่ยาว

) เมื่อเทียบกับการชาร์จแบตเตอรี่แบบตะกั่วกรดแบตเตอรี่ Ni และ เช่น ซีดี โดยปกติ , ลิเธียมไอออน
แบตเตอรี่ประกอบด้วยขั้วไฟฟ้าลบ ( แอโนด เช่น แกรไฟต์ )
ขั้วไฟฟ้าบวก ( แคโทด เช่น licoo2 ) และลิเธียม ionconducting
อิเล็กโทรไลต์ ( รูปที่ 1A ) เมื่อเซลล์ถูกตั้งข้อหา หลี่
ไอออนจะถูกแยกจากแคโทดและแทรกเข้าไปใน
แอโนด เมื่อปล่อยไอออน Li ถูกปล่อยตัวโดยแอโนดและแคโทดขึ้นอีกครั้งโดย ( รูปที่ 1A ) แม้ว่าเช่นลิเธียม ไอ
แบตเตอรี่ที่ประสบความสำเร็จในเชิงพาณิชย์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุปกรณ์ขนาดเล็ก
, เซลล์เหล่านี้ยังคงเป็นวัตถุของการวิจัยที่รุนแรง

เพิ่มคุณสมบัติและลักษณะของพวกเขา ซึ่งส่วนใหญ่
ส่งเสริมโดยหลากหลายมากขึ้นของการใช้งานพวกเขา
ต้องการอำนาจ เช่น อุปกรณ์สื่อสารไร้สายรุ่นใหม่
( เช่น 3G โทรศัพท์มือถือ , MP4 ) , รถไฟฟ้า , hevs , เครื่องมือไฟฟ้า
,แหล่งพลังงานอย่างต่อเนื่อง ( UPS ) แบตเตอรี่กระเป๋า
เครื่องเขียน ( ssbs ) และไมโครชิป . เนื่องจากไม่มีแบตเตอรี่ชนิดลิเธียมไอออน
สามารถตอบสนองความต้องการทั้งหมดของความหลากหลายของ
การใช้งานแบตเตอรี่ต่างชนิดกับ
คุณสมบัติเฉพาะการใช้งานบางอย่างที่ควรพิจารณารวมถึง :
) พลังงานสูงแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสำหรับ
การสื่อสารสมัยใหม่ขึ้นอีกครั้ง โดยแคโทด ( รูปที่ 1A ) แม้ว่าเช่นแบตเตอรี่ลิเธียม ไอ
ประสบความสำเร็จในเชิงพาณิชย์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุปกรณ์ขนาดเล็ก
, เซลล์เหล่านี้ยังคงเป็นวัตถุของการวิจัยที่รุนแรง

เพิ่มคุณสมบัติและลักษณะของพวกเขา ซึ่งส่วนใหญ่
ส่งเสริมโดยหลากหลายมากขึ้นของการใช้งานพวกเขา
ต้องการอำนาจ เช่น อุปกรณ์สื่อสารไร้สายรุ่นใหม่
( เช่น3G โทรศัพท์มือถือ , MP4 ) , รถไฟฟ้า hevs , เครื่องมือไฟฟ้า
, แหล่งพลังงานอย่างต่อเนื่อง ( UPS ) แบตเตอรี่กระเป๋า
เครื่องเขียน ( ssbs ) และไมโครชิป . เนื่องจากไม่มีแบตเตอรี่ชนิดลิเธียมไอออน
สามารถตอบสนองความต้องการทั้งหมดของความหลากหลายของ
การใช้งานแบตเตอรี่ต่างชนิดที่มีคุณสมบัติเฉพาะสำหรับการใช้งานบางอย่าง

ควรพิจารณารวมถึง :ฉัน ) พลังงานสูงแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสำหรับการสื่อสารที่ทันสมัย
ยูกัวกัวได้รับปริญญาเอกของเขาในเคมีจาก iccas ภายใต้การดูแลของ ดร. ชุนหลี
ไป๋และ ศ. หลี่ จุนวาน จาก 2547 ถึง 2550 เขาได้ทำงานกับศาสตราจารย์โจอาคิม Maier ที่แม็กซ์
พลังค์สถาบันวิจัยสภาวะแข็งที่สตุทการ์ท ( เยอรมนี ) เป็นนักวิทยาศาสตร์และแขกแล้ว
เจ้าหน้าที่นักวิทยาศาสตร์ .เขาเข้าร่วม iccas เป็นศาสตราจารย์ใน 2007 ผลการวิจัยในปัจจุบันของเขาเป็นศูนย์กลางใน
วัสดุนาโนสำหรับอุปกรณ์แปลงพลังงานและการเก็บรักษาขั้นสูง คุณสมบัติ sizedependent
วัสดุพลังงานเช่นเดียวกับไอออน / การขนส่งอิเล็กตรอนในระบบ nanoscaled .
จินซองโฮได้รับปริญญาเอกของเขาในเคมี ( 2005 ) จาก iccas ศาสตราจารย์ชุนหลี่ไป๋และ ศ.