Литий металл анодының тұрақтылығын жақсарту үшін жасанды қорғаныс жабындары
DOI:
https://doi.org/10.15328/cb1382Кілттік сөздер:
литий металды анод, қатты электролит интерфазасы, жасанды қорғаныс жабыны, литий металл батареяларыАннотация
Литий металын литий-металл батареяларында анод ретінде пайдалану оның жоғары сыйымдылығы мен жоғары теріс потенциалына байланысты өте тартымды, бірақ бұл металдың жоғары белсенділігі мен соның салдарынан химиялық және электрохимиялық тұрақсыздығына байланысты әлі толық қол жеткізілген жоқ. Электролитпен жанасқанда литий бетінде электролиттің ыдырау өнімдерінен тұратын қабықша (SEI) түзіледі. Әдетте, бұл пленка гетерогенді құрылымға ие, бұл оны тұрақсыз етеді және цикл кезінде ол жарылып кетеді, бұл процестер литийдің жергілікті тұнуына әкеледі – дендриттер түзіледі. Дендриттер катодқа дейін өскен кезде қысқа тұйықталу орын алуы мүмкін, содан кейін батареяның өртенуі мүмкін. Бұл мәселені шешу үшін литий анодтарын қажетті қасиеттері бар жасанды SEI-мен қаптау ұсынылды: біркелкі құрылым, жоғары иондық және төмен электронды өткізгіштік, механикалық және химиялық тұрақтылық. Мұндай жабындарды қолданудың негізгі әдістері батыру, тамшылату, пышақпен жағу арқылы қаптау, литиймен химиялық немесе электрохимиялық реакция, сондай-ақ магнетронды шашырату, атомдық және молекулалық қабаттарды тұндыру және плазманы белсендіру сияқты әдістер болып табылады. Бұл шолуда литийге әртүрлі сипаттағы жасанды қорғаныс жабындарының мысалдары, олардың құрылымы мен функционалдық ерекшеліктері қарастырылады. Сондай-ақ литий металды анодтың тұрақтылығын арттыру себептері көрсетілген және анодты осы қабықшалармен қорғау нәтижесінде алынған сипаттамалар келтірілген. Жасанды SEI құрудың әртүрлі тәсілдерін салыстыру кезінде олардың тиімділігін бағалаудағы әдістемелік мәселе анықталды және оны шешу жолы ұсынылды.
Библиографиялық сілтемелер
1 Han Z, Zhang C, Lin Q, Zhang Y, Deng Y, Han J, et al. (2021) Small Methods 5:2001035. https://doi.org/10.1002/smtd.202001035
2 Cheng XB, Zhang R, Zhao CZ, Zhang Q (2017) Chem Rev 117:10403–10473. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.7b00115
3 Ko J, Yoon YS (2019) Ceram Int 45:30–49. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.09.287
4 Xu R, Cheng XB, Yan C, Zhang XQ, Xiao Y, Zhao CZ, et al. (2019) Matter 1:317–344. https://doi.org/10.1016/j.matt.2019.05.016
5 He D, Lu J, He G, Chen H (2022) Front Chem 10:916132. https://doi.org/10.3389/fchem.2022.916132
6 Hou J, Yang M, Sun B, Wang G (2022) Batter Supercaps 5:202200231. https://doi.org/10.1002/batt.202200231
7 Zhuang G, Ross PN (2000) J Power Sources 89:143–148. https://doi.org/10.1016/S0378-7753(00)00422-5
8 Mauger A, Julien CM (2022) Inorganics 10:5. https://doi.org/10.3390/inorganics10010005
9 Guan J, Li N, Yu L (2021) Acta Phys - Chim Sin 37:2009011. https://doi.org/10.3866/PKU.WHXB202009011
10 Zheng G, Lee SW, Liang Z, Lee HW, Yan K, Yao H, et al. (2014) Nat Nanotechnol 9:618–623. https://doi.org/10.1038/nnano.2014.152
11 Lei J, Gao Z, Tang L, Zhong L, Li J, Zhang Y, et al. (2022) Adv Sci 9:2103760. https://doi.org/10.1002/advs.202103760
12 Hu A, Chen W, Du X, Hu Y, Lei T, Wang H, et al. (2021) Energy Environ Sci 14:4115–4124. https://doi.org/10.1039/d1ee00508a
13 Liang X, Pang Q, Kochetkov IR, Sempere MS, Huang H, Sun X, et al. (2017) Nat Energy 2:17119. https://doi.org/10.1038/nenergy.2017.119
14 Han B, Zou Y, Ke R, Li T, Zhang Z, Wang C, et al. (2021) ACS Appl Mater Interfaces 13:21467–21473. https://doi.org/10.1021/acsami.1c04196
15 Li C, Liang Z, Li Z, Cao D, Zuo D, Chang J, et al. (2023) Nano Lett 23:4014–4022. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c00783
16 Bai M, Xie K, Yuan K, Zhang K, Li N, Shen C, et al. (2018) Adv Mater 30:1801213. https://doi.org/10.1002/adma.201801213
17 Gong Z, Wang P, Ye K, Zhu K, Yan J, Wang G, et al. (2022) J Colloid Interface Sci 625:700–710. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2022.05.157
18 Zhang Y, Lv W, Huang Z, Zhou G, Deng Y, Zhang J, et al. (2019) Sci Bull 64:910–917. https://doi.org/10.1016/j.scib.2019.05.025
19 Li Q, Zeng FL, Guan YP, Jin ZQ, Huang YQ, Yao M, et al. (2018) Energy Storage Mater 13:151–159. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2018.01.002
20 Lin L, Lu W, Zhao F, Chen S, Liu J, Xie H, et al. (2022) J Energy Chem 76:233–238. https://doi.org/10.1016/j.jechem.2022.09.017
21 Basile A, Bhatt AI, O’Mullane AP (2016) Nat Commun 7:11794. https://doi.org/10.1038/ncomms11794
22 Jing H-K, Kong L-L, Liu S, Li G-R, Gao X-P (2015) J Mater Chem A 3:12213–12219. https://doi.org/10.1039/C5TA01490E
23 Peng Z, Wang S, Zhou J, Jin Y, Liu Y, Qin Y, et al. (2016) J Mater Chem A 4:2427–2432. https://doi.org/10.1039/c5ta10050j
24 Zhao Y, Wang D, Gao Y, Chen T, Huang Q, Wang D (2019) Nano Energy 64:103893. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.103893
25 Gao Z, Zhang S, Huang Z, Lu Y, Wang W, Wang K, et al. (2019) Chinese Chem Lett 30:525–528. https://doi.org/10.1016/j.cclet.2018.05.016
26 Zhang SJ, Gao ZG, Wang WW, Lu YQ, Deng YP, You JH, et al. (2018) Small 14:1801054. https://doi.org/10.1002/smll.201801054
27 Liu Y, Lin D, Yuen PY, Liu K, Xie J, Dauskardt RH, et al. (2017) Adv Mater 29:1605531. https://doi.org/10.1002/adma.201605531
28 Luo Y, Li T, Zhang H, Yu Y, Hussain A, Yan J, et al. (2021) J Energy Chem 56:14–22. https://doi.org/10.1016/j.jechem.2020.07.036
29 Liang J, Li X, Zhao Y, Goncharova L V., Li W, Adair KR, et al. (2019) Adv Energy Mater 9:1902125. https://doi.org/10.1002/aenm.201902125
30 Liang J, Li X, Zhao Y, Goncharova L V., Wang G, Adair KR, et al. (2018) Adv Mater 30:1804684. https://doi.org/10.1002/adma.201804684
31 Lu Y, Gu S, Hong X, Rui K, Huang X, Jin J, et al. (2017) Energy Storage Mater 11:16–23. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2017.09.007
32 Lang J, Long Y, Qu J, Luo X, Wei H, Huang K, et al. (2018) Energy Storage Mater 16:85–90. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2018.04.024
33 Yuan Y, Wu F, Bai Y, Li Y, Chen G, Wang Z, et al. (2018) Energy Storage Mater 16:411–418. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2018.06.022
34 Yan C, Cheng XB, Yao YX, Shen X, Li BQ, Li WJ, et al. (2018) Adv Mater 30:1804461. https://doi.org/10.1002/adma.201804461
35 Lin Y, Wen Z, Liu J, Wu D, Zhang P, Zhao J (2021) J Energy Chem 55:129–135. https://doi.org/10.1016/j.jechem.2020.07.003
36 Jia W, Wang Q, Yang J, Fan C, Wang L, Li J (2017) ACS Appl Mater Interfaces 9:7068–7074. https://doi.org/10.1021/acsami.6b14614
37 Ma L, Kim MS, Archer LA (2017) Chem Mater 29:4181–4189. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.6b03687
38 Liu F, Xiao Q, Wu H Bin, Shen L, Xu D, Cai M, et al. (2018) Adv Energy Mater 8:1701744. https://doi.org/10.1002/aenm.201701744
39 Kim JY, Kim AY, Liu G, Woo JY, Kim H, Lee JK (2018) ACS Appl Mater Interfaces 10:8692–8701. https://doi.org/10.1021/acsami.7b18997
40 Li Y, Sun Y, Pei A, Chen K, Vailionis A, Li Y, et al. (2018) ACS Cent Sci 4:97–104. https://doi.org/10.1021/acscentsci.7b00480
41 Li WJ, Li Q, Huang J, Peng JY, Chu G, Lu YX, et al. (2017) Chinese Phys B 26:088202. https://doi.org/10.1088/1674-1056/26/8/088202
42 Li Y, Li Y, Sun Y, Butz B, Yan K, Koh AL, et al. (2017) Nano Lett 17:5171–5178. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.7b02630
43 Zhao J, Liao L, Shi F, Lei T, Chen G, Pei A, et al. (2017) J Am Chem Soc 139:11550–11558. https://doi.org/10.1021/jacs.7b05251
44 Ni J, Lei Y, Han Y, Zhang Y, Zhang C, Geng Z, et al. (2023) Batteries 9:283. https://doi.org/10.3390/batteries9050283
45 Ma Y, Qi P, Ma J, Wei L, Zhao L, Cheng J, et al. (2021) Adv Sci 8:2100488. https://doi.org/10.1002/advs.202100488
46 Liu Y, Tzeng YK, Lin D, Pei A, Lu H, Melosh NA, et al.
47 (2018) Joule 2:1595–1609. https://doi.org/10.1016/j.joule.2018.05.007
48 Wang G, Chen C, Chen Y, Kang X, Yang C, Wang F, et al. (2020) Angew Chemie - Int Ed 59:2055–2060. https://doi.org/10.1002/anie.201913351
49 Song G, Hwang C, Song WJ, Lee JH, Lee S, Han DY, et al. (2022) Small 18:2105724. https://doi.org/10.1002/smll.202105724
50 Xiao Y, Xu R, Yan C, Liang Y, Ding JF, Huang JQ (2020) Sci Bull 65:909–916. https://doi.org/10.1016/j.scib.2020.02.022
51 Liang Y, Xiao Y, Yan C, Xu R, Ding JF, Liang J, et al. (2020) J Energy Chem 48:203–207. https://doi.org/10.1016/j.jechem.2020.01.027
52 Lee YG, Ryu S, Sugimoto T, Yu T, Chang WS, Yang Y, et al. (2017) Chem Mater 29:5906–5914. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.7b01304
53 Singh N, Arthur TS, Jones M, Tutusaus O, Takechi K, Matsunaga T, et al. (2019) ACS Appl Energy Mater 2:8912–8918. https://doi.org/10.1021/acsaem.9b01937
54 Wang H, Matsui M, Kuwata H, Sonoki H, Matsuda Y, Shang X, et al. (2017) Nat Commun 8:15106. https://doi.org/10.1038/ncomms15106
55 Delaporte N, Perea A, Collin-Martin S, Léonard M, Matton J, Gariepy V, et al. (2022) Batter Supercaps 5:202200245. https://doi.org/10.1002/batt.202200245
56 Wang L, Zhang L, Wang Q, Li W, Wu B, Jia W, et al. (2017) Energy Storage Mater 10:16–23. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2017.08.001
57 Wang L, Wang Q, Jia W, Chen S, Gao P, Li J (2017) J Power Sources 342:175–182. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2016.11.097
58 Cha E, Patel MD, Park J, Hwang J, Prasad V, Cho K, et al. (2018) Nat Nanotechnol 13:337–343. https://doi.org/10.1038/s41565-018-0061-y
59 Zhang YJ, Bai WQ, Wang XL, Xia XH, Gu CD, Tu JP (2016) J Mater Chem A 4:15597–15604. https://doi.org/10.1039/c6ta06612g
60 Kazyak E, Wood KN, Dasgupta NP (2015) Chem Mater 27:6457–6462. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.5b02789
61 Kozen AC, Lin CF, Pearse AJ, Schroeder MA, Han X, Hu L, et al. (2015) ACS Nano 9:5884–5892. https://doi.org/10.1021/acsnano.5b02166
62 Chen L, Connell JG, Nie A, Huang Z, Zavadil KR, Klavetter KC, et al. (2017) J Mater Chem A 5:12297–12309. https://doi.org/10.1039/c7ta03116e
63 Cao Y, Meng X, Elam JW (2016) ChemElectroChem 3:858–863. https://doi.org/10.1002/celc.201600139
64 Chen L, Chen KS, Chen X, Ramirez G, Huang Z, Geise NR, et al. (2018) ACS Appl Mater Interfaces 10:26972–26981. https://doi.org/10.1021/acsami.8b04573
65 Chen K, Pathak R, Gurung A, Adhamash EA, Bahrami B, He Q, et al. (2019) Energy Storage Mater 18:389–396. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2019.02.006
66 Zhao J, Lee HW, Sun J, Yan K, Liu Y, Liu W, et al. (2016) Proc Natl Acad Sci U S A 113:7408–7413. https://doi.org/10.1073/pnas.1603810113
67 Wang W, Yue X, Meng J, Wang J, Wang X, Chen H, et al. (2018) Energy Storage Mater 18:414–422. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2018.08.010
68 Liu W, Guo R, Zhan B, Shi B, Li Y, Pei H, et al. (2018) ACS Appl Energy Mater 1:1674–1679. https://doi.org/10.1021/acsaem.8b00132
69 Guan M, Huang Y, Meng Q, Zhang B, Chen N, Li L, et al. (2022) Small 18:2202981. https://doi.org/10.1002/smll.202202981
70 Jang EK, Ahn J, Yoon S, Cho KY (2019) Adv Funct Mater 29:1905078. https://doi.org/10.1002/adfm.201905078
71 Kwak WJ, Park J, Nguyen TT, Kim H, Byon HR, Jang M, et al. (2019) J Mater Chem A 7:3857–3862. https://doi.org/10.1039/c8ta11941d
72 Xu R, Xiao Y, Zhang R, Cheng XB, Zhao CZ, Zhang XQ, et al. (2019) Adv Mater 31:1808392. https://doi.org/10.1002/adma.201808392
73 Jiang Z, Jin L, Han Z, Hu W, Zeng Z, Sun Y, et al. (2019) Angew Chemie - Int Ed 58:11374–11378. https://doi.org/10.1002/anie.201905712
74 Wang J, Hu H, Zhang J, Li L, Jia L, Guan Q, et al. (2022) Energy Storage Mater 52:210–219. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2022.08.004
75 Sun S, Myeong S, Kim J, Lee D, Kim J, Park K, et al. (2022) Chem Eng J 450:137993. https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137993
76 Liu X, Liu J, Qian T, Chen H, Yan C (2020) Adv Mater 32:1902724. https://doi.org/10.1002/adma.201902724
77 Huang Z, Huang T, Ye X, Feng X, Yang X, Liang J, et al. (2022) Appl Surf Sci 605:154586. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.154586
78 Xu Q, Lin J, Ye C, Jin X, Ye D, Lu Y, et al. (2020) Adv Energy Mater 10:1903292. https://doi.org/10.1002/aenm.201903292
79 Liu Y, Lin D, Jin Y, Liu K, Tao X, Zhang Q, et al. (2017) Sci Adv 3:eaao0713. https://doi.org/10.1126/sciadv.aao0713
Жүктелулер
Жарияланды
Как цитировать
Шығарылым
Бөлім
Лицензия
Copyright (c) 2025 Авторлар
Бұл жұмыс бойынша лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Коммерциялық емес пайдалану — Без производных произведений») 4.0 Бүкіләлемдік қол жетімді.
Авторлар өз жұмыстарының авторлық құқықтарын сақтайды және Creative Commons Attribution License (CC BY-NC-ND 4.0) шарттарымен лицензиялау арқылы журналға осы жұмысты алғаш рет жариялау құқығын береді. Бұл басқа адамдарға жұмыстың авторын көрсете отырып және осы журналдағы бастапқы басылымға сілтеме жасау арқылы таратуға мүмкіндік береді.
