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 และแทรกลงในการขั้ว 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 nanoscaledหูจินเพลงรับพระเอกเคมี (2005) จาก ICCAS Bai Chun-Li ศาสตราจารย์และศาสตราจารย์Li Jun วานเป็นผู้บังคับบัญชาของเขา เขาเข้าร่วม ICCAS เป็นเป็นผู้ช่วยศาสตราจารย์ในปี 2005 และได้รับการพร้อมท์เป็นศาสตราจารย์สองปีภายหลัง เขาสนใจทางวิทยาศาสตร์ปัจจุบันจะมุ่งเน้นในการทำงานnanomaterials สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และระบบพลังงาน เพื่อสิ่งแวดล้อมอุปกรณ์ ii) แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนกำลังแรงสูงสำหรับ HEVs และและเครื่อง มือไฟฟ้า และ iii) ลองวงจรชีวิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนUPS และ SSBs วัสดุแอโนดและแคโทดที่มากด้วยมีการพิจารณาคุณสมบัติที่เหมาะสมสำหรับแตกต่างกันชนิดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (ตาราง 1) อย่างไรก็ตาม พาณิชย์แบตเตอรี่ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับขนาดไมโครมิเตอร์ไฟฟ้าวัสดุ ซึ่งจะถูกจำกัด โดยจลนพลศาสตร์ของพวกเขา แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนกำลังการผลิต intercalation และความมั่นคงโครงสร้าง ประสิทธิภาพการทำงานของอยู่ลิเทียมไอออน แบตเตอรี่สามารถเท่านั้นตอบสนองความต้องการของโปรแกรมประยุกต์เหล่านี้แตกต่างกันไปปริญญา ความท้าทายยังคง ธรรมชาติ ในการพัฒนาใหม่วัสดุไฟฟ้าสำหรับพลังงานสูงความหนาแน่น ความหนาแน่นของพลังงานสูง(viz., สูงอัตรา), วงจรชีวิตอีกต่อไป และความปลอดภัยที่ดีขึ้น ที่ถือว่าพัฒนาวัสดุไฟฟ้า nanostructuredเป็น อเวนิวว่าต่อมากเพียงใดจำกัดปัจจุบันและบรรลุเป้าหมายเหล่านี้[1-12] อย่างไรก็ตาม เป็นครั้งแรกที่จำเป็นทั้งหมดรู้ว่า nanomaterials ส่งผลกระทบในการประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน และชนิดของกลไกเหล่านี้ nanomaterials แสดง เราอยู่ที่นี่ การประโยชน์ของผลขนาด nanometer และข้อเสียของใช้ 'นาโน' ตลอดจนกลยุทธ์ในการแก้ปัญหาเหล่านี้ และตอบสนองศักยภาพของ nanomaterials2.1. ประโยชน์ของ Nanometer ขนาดผลNanomaterials สามารถมีบทบาทมากในการปรับปรุงการประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เนื่องจากในระบบ nanoparticle ต้องแฟลชระยะทางผ่าน Liþ ที่อยู่ลดลงอย่างมาก เก็บกักสามารถดูดซับได้อย่างรวดเร็วและเก็บประจุลิเทียมจำนวนมากมาย โดยไม่มีสาเหตุใด ๆเสื่อมสภาพในอิเล็กโทรด และเก็บกักมีขนาดใหญ่พื้นที่ผิว แพร่สั้นยาว และอัตราการแพร่อย่างรวดเร็วตามขอบข้าวมากขึ้น กำลังการผลิตเพิ่มมากขึ้นประสิทธิภาพสูง ความสามารถในการเก็บข้อมูลกำลังการผลิต และหลายระบบจัดเก็บลินวนิยายพบได้ประโยชน์จากผลกระทบขนาด nanometer2.1.1 การเพิ่มลิเทียมเก็บจลนพลศาสตร์แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีหมู่สัญญามากที่สุดสำหรับโปรแกรมประยุกต์ในฟ้า HEVs และเครื่องมือไฟฟ้าในเงื่อนไขของความหนาแน่นพลังงาน ในขณะที่ความสำเร็จของการใช้พลังงานสูงความหนาแน่นเป็นผู้ที่ขัดขวาง ด้วยปัญหาเดิม ๆ ในการไฟฟ้าวัสดุ เช่น Liþ ช้าและแพร่อี สำหรับโซลิดสเตตแพร่ของ Li ในอิเล็กโทรดวัสดุ แพร่เฉลี่ย (หรือเวลาเก็บ) teq จะกำหนด โดยสัมประสิทธิ์การแพร่ Dและความยาวแพร่ L ตามสูตรต่อไปนี้:teq ¼ L2 = 2D (1)วิธีที่สอง ปัจจุบัน โมเมนตัมในการดึงดูดแก้ปัญหาเดิม ๆ ของวัสดุไฟฟ้า หนึ่งวิธีคือ increasingD โดยโดปปิงค์วัสดุอิเล็กโทรดด้วยอะตอมต่าง แม้ว่าผสมจึง จะดีขึ้น ดังนั้นสามารถทำได้ ปรับปรุงประสิทธิภาพอัตราจำกัดเท่านั้นบางครั้งการแนะนำของ heteroatoms ส่งผลให้เกิดโครงสร้างผลึกที่ไม่เสถียรลดวิธีการอื่นL 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] ซึ่งส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการลดลงรุนแรงของ teq เวลาแพร่จาก ca สี่ปี10 มม. rutile (คิดว่าจำเป็นแทนที่ค่าเฉลี่ยกำลังสองแพร่ตามมม. Lab¼5 ab-เครื่องบิน) ให้ ca 2 นาทีสำหรับ 10nmrutile (Lab¼5 nm)อิเล็กโทรดขนาด nanometer วัสดุอาจไม่เพิ่มขึ้นเท่านั้นelectroactivity ต่อแทรกลี่ แต่ยัง เพิ่มการมีได้พบอัตราสูงความสามารถ (พลังงานสูง), เป็นการหลายวัสดุแอโนด ความสามารถสูงส่งผลโดยตรงจากข้อดีขนของขนาดอนุภาคดี เช่นระยะทางขนส่งสั้นอีและ Liþ การขนส่งเป็นรวมทั้งการไฟฟ้า/อิเล็กโทรใหญ่ติดต่อได้ตั้งจากพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ อดีตทำให้ลี่แพร่เต็มเป็นไปได้ในการเก็บสั้นเวลา เช่น ค่าใช้จ่ายสูง /ราคาจำหน่าย และหลังมากช่วยลดการปัจจุบันที่ความหนาแน่นของวัสดุที่ใช้งานอยู่ ตัวอย่าง ดังกล่าวข้างต้นขนาด nanometer rutile TiO2 มีผิวบางพื้นที่ของ 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 ไม่ได้ใช้งานในแบบฟอร์มจำนวนมากเนื่องยากอิเล็กทรอนิกส์ และนำ Liþ แต่สามารถนำเสนอปรับปรุงประสิทธิภาพการไฟฟ้าที่ nanoscale เพิ่มเติมตัวอย่างควรนำเสนอตัวเองในครบกำหนดแน่นอน2.1.2 การเพิ่มเสถียรภาพของโครงสร้างตั้งแต่เปลี่ยนโครงสร้างการ thermodynamically ผลโครงสร้างเท่านั้นอาจเกิดขึ้นหาก rp รัศมีอนุภาคมีขนาดใหญ่กว่ารัศมี nucleation สำคัญใน rc ในระยะนั้น เป็นไปได้การกำจัดช่วงดังกล่าว โดยการเก็บกักด้วย rp > rcดังนั้น อนุภาคขนาดเล็กจะรองรับได้ง่ายกระบวนการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่เกิดขึ้นระหว่างการขี่จักรยานหลี่แทรก และสกัด ตัวอย่าง ชั้น LiMnO2suffers จากความไม่เสถียรของโครงสร้างใน ระหว่างการขี่จักรยาน และ เป็น ผลจัดแสดงกำลังการผลิตที่สำคัญค่อย ๆ เป็นวิธีการเอาชนะเช่นความยากลำบาก nanocrystalline โครงสร้างได้ดึงดูดเพิ่มขึ้นความสนใจ ตั้งแต่โครงตาข่ายประกอบความเครียดเกิดจาก Jahn – ถอนเงินสามารถอาศัยความผิดเพี้ยนมากขึ้นได้อย่างง่ายดาย และดังนั้นพวกเขาแสดงจุลิ intercalation มากสูงกว่าของพวกเขาปกติคู่ผลึก[4]ในการเก็บกัก ที่พักค่าธรรมเนียมส่วนใหญ่เกิดที่ หรือ ใกล้พื้นผิวและอนุภาคขนาดเล็กมากมี การใหญ่ส่วนของอะตอมธาตุเหล่านี้ที่ผิวความจริงลดราคาต้องการแพร่ของ Liþ ในของแข็งเฟส มากขึ้นอัตราค่าธรรมเนียมและปลดประจำการแคโทดตลอดจนลดการเปลี่ยนแปลง volumetric และโครงตาข่ายประกอบความเครียดที่เกิดจากซ้ำแทรก Li และขับ2.1.3 ใหม่ลิเทียมเก็บกลไกAnothe

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.
อีจุนวานเป็นผู้บังคับบัญชาของเขา เขาเข้าร่วม iccas เป็นผู้ช่วยอาจารย์ใน 2005 และได้รับแจ้ง
เป็น รองศาสตราจารย์ สองปีต่อมา ความสนใจทางวิทยาศาสตร์ของเขาในปัจจุบันจะเน้น nanomaterials การทำงาน
สำหรับการฟื้นฟูสิ่งแวดล้อมระบบพลังงานและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ .
; 2 ) แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนพลังงานสูง สำหรับ hevs , เครื่องมือไฟฟ้าและรถไฟฟ้า
;และ 3 )
วงจรชีวิตของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสำหรับ UPS และ ssbs . มีขั้วบวกและขั้วลบวัสดุที่มีคุณสมบัติเหมาะสมได้รับการพิจารณา

สำหรับประเภทของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ( ตารางที่ 1 ) อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่พาณิชย์
เป็นส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับไมโครมิเตอร์ขนาดวัสดุไฟฟ้า
ซึ่งมีจำกัดโดยจลนพลศาสตร์ของลิเธียมไอออน
intercalation ความจุและความมั่นคงของโครงสร้างประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสามารถใช้ได้

แต่ตอบสนองความต้องการของการใช้งานที่แตกต่างกันเหล่านี้บางส่วน
; ความท้าทายยังคงอยู่ตามธรรมชาติในการพัฒนาใหม่
ขั้วไฟฟ้าสำหรับความหนาแน่นพลังงานสูง
ความหนาแน่นพลังงานสูง ( viz . สูงกว่าอัตรา ) , วงจรชีวิตที่ยาว และเพิ่มความปลอดภัย การพัฒนาวัสดุอิเล็กโทร nanostructured

ถือว่าเป็นแนวโน้มมากที่สุดที่มีการ จำกัด ปัจจุบันถนน
และบรรลุเป้าหมายเหล่านี้ . [ 1 – 12 ] แต่มันเป็น
จำเป็นแรกของทั้งหมดว่า nanomaterials ผลกระทบ
ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนและชนิดของ
กลไก nanomaterials เหล่านี้จัดแสดง ที่นี่เราอยู่
ประโยชน์ของผลขนาดนาโนเมตร และข้อเสียของ
ใช้ ' นาโน 'รวมทั้งกลยุทธ์ในการแก้ไขปัญหาเหล่านี้ และเติมเต็มศักยภาพ nanomaterials
.
2.1 . ประโยชน์ของนาโนขนาดผล
nanomaterials สามารถมีบทบาทใหญ่ในการปรับปรุง
ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน แบตเตอรี่ เพราะในระบบสำหรับระยะทางที่หลี่þต้องกระจายกำลัง
อย่างมากลดลง อนุภาคนาโนสามารถดูดซึม
;และจัดเก็บตัวเลขมากมายของลิเธียมไอออนโดยไม่ก่อให้เกิด
การเสื่อมสภาพในขั้วไฟฟ้า และอนุภาคนาโนมีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่
, ความยาวการแพร่ สั้น และอัตราการแพร่เร็ว
ตามขอบเขตข้าวของพวกเขาหลาย เพิ่มขนาดความจุ
คะแนนประสิทธิภาพสูง ความสามารถในการผลิต และหลาย
นวนิยาย Li ระบบจัดเก็บข้อมูลได้รับพบว่าได้รับประโยชน์จากผลขนาดนาโนเมตร .
2.1.1 .เพิ่มแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนลิเธียมกระเป๋าจลนศาสตร์
ในหมู่ผู้สมัครที่มีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับการใช้งานในรถไฟฟ้า
,
hevs และเครื่องมือไฟฟ้าในแง่ของความหนาแน่นของพลังงานในขณะที่ผลสัมฤทธิ์ของความหนาแน่นพลังงานสูง
คือขัดขวางโดยปัญหาทางจลนศาสตร์ไฟฟ้า
วัสดุ เช่น ช้า หลี่þและ E
แพร่ สำหรับการแพร่กระจายของ
ลี้ในวัสดุขั้วไฟฟ้า หมายถึง การแพร่กระจาย ( หรือ
กระเป๋า ) teq เวลา พิจารณาจากค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ , D ,
และการแพร่กระจายของความยาว L ตามสูตรต่อไปนี้ :
teq ¼ L2 = 2D ( 1 )
2 แนวทาง คือ ปัจจุบัน ดึงดูดโมเมนตัมใน
การแก้ไขปัญหาจลน์ของวัสดุอิเล็กโทรด วิธีการหนึ่งคือโดยการ increasingd

อะตอมของวัสดุขั้วไฟฟ้าจากต่างประเทศ แม้ว่าการผสมที่ดีขึ้นดังนั้น
จำกัด เฉพาะอัตราการเพิ่มประสิทธิภาพสามารถลุ้นรับ และบางครั้งการ heteroatoms

ได้ผลในโครงสร้างผลึกเสถียร ทางเลือกจะลดลง
L , ซึ่งได้รับการตระหนักโดย nanostructuring ของวัสดุขั้วไฟฟ้า
. [ 3 ] ตัวอย่างเช่น การลดลงของชั้น 10 มม. ( ขนาดปกติของขั้วไฟฟ้า
พาณิชย์ วัสดุ ) 100nm
จะลดลงสำหรับวัสดุที่มี D ¼ 10
10 cm2 S
1 ( ค่าปกติ
ของวัสดุขั้วไฟฟ้า ) , teq จาก 5000 0.5 วินาที ผลจึงมีความโดดเด่นที่กว้างขวางมากที่สุดกว่าปีได้ทำงานวิจัย

ตามทิศทางนี้ พบว่า ขั้วไฟฟ้าใช้งานต่อ
หลี่ แทรก อาจจะใช้งานเมื่อ 'going ' นาโน ' ' สำหรับ
ตัวอย่างรูไทล์ มีการแพร่กระจายไปตามลี TiO2 ซบเซา
เครื่องบิน AB ( ป้าย  10
15 CM2 S
1 ) ซึ่งทำให้หลี่แทรกเข้ามา
rutile มักจะรายงานเป็นสำคัญ คือ ' งาน '
ต่อหลี่การแทรก อย่างไรก็ตาม นาโน TiO2
( 10nm  Rutile ขนาด 40 nm ) สามารถรองรับได้ถึง li0.5tio2 หลี่ซึ่งพลิกกลับได้
( 168mah กรัม
1 ) ที่ 1 – 3V และหลี่þ / หลี่กับความคงทนความจุเลิศ
บนจักรยาน[ 13 ] นี้ส่วนใหญ่จะเกี่ยวข้องกับการลดการแพร่ของ
เวลา teq จากประมาณ 4 ปี
10mm รูไทล์ ( สมมติหมายถึงตารางการเคลื่อนที่ต้อง
กระจายตาม AB เครื่องบิน¼ Lab 5 มม. ) ประมาณ 2 นาที 10nm
รูไทล์ ( Lab ¼ 5 nm ) .
นาโนวัสดุไฟฟ้าขนาด อาจจะไม่เพียง แต่เพิ่ม
electroactivity ต่อหลี่ แทรก แต่ยังเพิ่ม
ความสามารถในอัตราสูง ( พลังงานสูง )ที่ได้รับการตรวจสอบสำหรับ
วัสดุแอโนด มากมาย ผลในอัตราสูงได้โดยตรงจากการขนส่ง
ข้อดีของอนุภาคละเอียดขนาด เช่น
สั้นกว่าการขนส่งระยะทางทั้ง E
และการขนส่งþ Li เป็น
เป็นขั้วไฟฟ้า / อิเลคติดต่อพื้นที่ขนาดใหญ่ส่งผลให้
จากพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ . อดีตทำให้เต็ม Li กระจาย
ที่สุดภายในเวลากระเป๋าสั้นๆเช่นที่คิดอัตราจำหน่าย /
สูงและหลังลดความหนาแน่นเฉพาะ
ของวัสดุที่ใช้งานอยู่ ตัวอย่างเช่น ดังกล่าวข้างต้น
นาโน TiO2 ขนาดรูไทล์ที่มีพื้นที่ผิวจำเพาะประมาณ 110m2 G

ยังจัดแสดง
1 อัตราสูงประสิทธิภาพที่ดีเยี่ยม ( 100mah กรัม
1 ใน 10 70mah กรัมและ
1 ที่อุณหภูมิ 30 C
ที่ 1C ¼ 336mag
1 ) ซึ่งทำให้มันเป็นสัญญา
แอโนดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนวัสดุสูง [ 13 ] ผลการวิจัยเหล่านี้มีการส่งเสริมให้ประชาชนที่จะรื้อฟื้น

นึกว่าจะเป็นวัสดุที่ถูกใช้งานในรูปแบบ electrochemically เป็นกลุ่มเนื่องจาก
และ Li þไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ ยากจน แต่อาจมีการปรับปรุงประสิทธิภาพที่ nanoscale
ไฟฟ้าเคมี . ตัวอย่างเพิ่มเติม
ควรเสนอตนเองในหลักสูตรเนื่องจาก
2.1.2 .
เพิ่มเสถียรภาพของโครงสร้างเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างโครงสร้างที่ไม่พึงประสงค์
thermodynamically เท่านั้นที่สามารถเกิดขึ้นได้หากอนุภาครัศมี RP มีขนาดใหญ่กว่าขนาดรัศมีวิกฤต
RC ที่ระยะ มันเป็นไปได้ที่จะกำจัดเช่นเปลี่ยน
โดยใช้อนุภาคนาโนกับ RP > RC .
ดังนั้น อนุภาคขนาดเล็กจะสามารถรองรับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่เกิดขึ้นในช่วงจักรยาน
กระบวนการที่
หลี่เป็นแทรกและดึง ตัวอย่างเช่น ชั้น limno2
ทนทุกข์ทรมานจากความโครงสร้างระหว่างจักรยานและผล การจัดแสดงความสามารถ
อย่างเลือนลาง เป็นวิธีที่จะเอาชนะความยากลำบาก

เพิ่มโครงสร้าง nanocrystalline ได้ดึงดูดความสนใจเนื่องจาก lattice ความเครียดที่เกิดจากฝนและเทลเลอร์
บิดเบือนสามารถอาศัยได้อย่างง่ายดายมากขึ้น และด้วยเหตุนี้พวกเขา
มีสูงมาก ลิ intercalation ความจุกว่าคู่ของพวกเขา
ปกติผลึก [ 4 ]
ในอนุภาคประจุที่พักเกิดขึ้นส่วนใหญ่
ที่หรือใกล้พื้นผิวและอนุภาคขนาดเล็ก , ขนาดใหญ่ส่วนของอะตอม
องค์ประกอบเหล่านี้ที่พื้นผิว .
ความจริงนี้ช่วยลดความจำเป็นþในการแพร่กระจายของหลี่ เฟสของแข็ง
,อย่างมากในการเพิ่มค่าใช้จ่ายและอัตราการไหลของ
แคโทดตลอดจนลดการเปลี่ยนแปลงปริมาตรพ
เน้นเกิดจากซ้ำหลี่แทรกและการขับไล่ .
ทาง . กลไก anothe
กระเป๋าจาระบีใหม่