रूपांतरण-प्रकार एनोड साहित्य

रूपांतरण-प्रकार एनोड सामग्रीमध्ये प्रामुख्याने मेटल ऑक्साइड, फॉस्फाइड, सल्फाइड आणि नायट्राइड समाविष्ट असतात. इलेक्ट्रोकेमिकल प्रक्रियेत, ही सामग्री निर्मिती किंवा विघटन करण्यास प्रोत्साहन देतेलिथियम संयुगेधातूंच्या घट किंवा ऑक्सिडेशन प्रतिक्रियांद्वारे. कारण ते मल्टी-इलेक्ट्रॉन रेडॉक्स प्रक्रियांमध्ये भाग घेऊ शकतात, या सामग्रीवर आधारित एनोड्स 1000 mA·bg पर्यंत उलट करता येण्याजोग्या क्षमता प्रदर्शित करतात.

FeOₓ

त्यांच्या कमी किमतीमुळे, तुलनेने कमी विषारीपणा, मुबलक नैसर्गिक साठा आणि विशेषत: उच्च सैद्धांतिक विशिष्ट क्षमतेमुळे, लिथियम-आयन बॅटरीसाठी एनोड सामग्री म्हणून लोह ऑक्साईड सामग्रीचा विस्तृतपणे अभ्यास केला गेला आहे. सामान्य लोह ऑक्साईड संयुगांमध्ये -Fe₂O₃, -Fe₂O₃, आणि Fe₃O₄ यांचा समावेश होतो. ही संयुगे साधारणतः 1007 mA·h/g आणि 926 mA·h/g या सैद्धांतिक विशिष्ट क्षमतांचे प्रदर्शन करतात. तथापि, आयर्न ऑक्साईडला व्यावहारिक वापरादरम्यान अनेक समस्यांना तोंड द्यावे लागते. इलेक्ट्रॉन/आयन वाहतुकीची मंद गतीशास्त्र आणि वारंवार चार्ज-डिस्चार्ज प्रक्रियेदरम्यान तीव्र आवाज विस्तार/आकुंचन यामुळे क्षमता जलद क्षय आणि लोह ऑक्साईड इलेक्ट्रोडची खराब दर कामगिरी होते. याव्यतिरिक्त, मोठ्या प्रमाणात लोह ऑक्साईड सामग्रीमध्ये स्वाभाविकपणे कमी विद्युत चालकता असते. या समस्यांचे निराकरण करण्यासाठी, संशोधकांनी प्रामुख्याने मॉर्फोलॉजी आणि संरचना नियंत्रण, कार्बन कोटिंग आणि उच्च प्रवाहकीय सब्सट्रेट्ससह संमिश्र सामग्रीचे बांधकाम यासारख्या धोरणांचा अवलंब केला आहे. हे पध्दती बहुधा बहुविध धोरणांच्या संयोजनाद्वारे सहक्रियात्मक प्रभाव प्राप्त करतात आणि काही प्रगती केली गेली आहे.

CoOₓ

कोबाल्ट ऑक्साईड्स (CoOₓ), जसे की Co₃O₄ आणि CoO, त्यांच्या उच्च सैद्धांतिक विशिष्ट क्षमतेमुळे लिथियम-आयन बॅटरीसाठी एनोड सामग्री म्हणून देखील व्यापकपणे अभ्यासले गेले आहेत. आयर्न ऑक्साईड्स प्रमाणे, CoOₓ समान आव्हानांना सामोरे जात आहे: चार्ज-डिस्चार्ज प्रक्रियेदरम्यान मोठ्या प्रमाणात बदल, खराब आंतरिक विद्युत चालकता आणि मंद प्रतिक्रिया गतीशास्त्र, परिणामी क्षमता जलद क्षय आणि खराब सायकलिंग स्थिरता. गुआन वगैरे. संश्लेषित सिंगल-फेज आठ-बाजूचे Co₃O₄ नॅनोडिस्क ऑक्सिजनचा वापर करून प्रतिक्रियेचा अग्रदूत म्हणून. या नॅनोडिस्कचा कण आकार 100-200 nm होता आणि उच्च वर्तमान घनतेवर सायकल चालवताना अंदाजे 474 mA·h/g ची उलट करता येणारी विशिष्ट क्षमता प्रदान केली. हा परिणाम सूचित करतो की आकारशास्त्र आणि कणांच्या आकाराचा CoOₓ च्या इलेक्ट्रोकेमिकल कार्यक्षमतेवर महत्त्वपूर्ण प्रभाव पडतो. वांग वगैरे. तयार Co₃O₄ नॅनोनिडल्स थेट टायटॅनियम सब्सट्रेटवर हायड्रोथर्मल पद्धतीने वाढतात. या नॅनोनीडल्सने वर्तमान संग्राहकाशी केवळ उत्कृष्ट विद्युत संपर्क प्रदर्शित केला नाही तर व्हॉल्यूम विस्तार प्रभावीपणे बफर केला. 0.2C वर 30 चक्रांनंतर, त्यांनी अजूनही 1015 mA·h/g ची उच्च उलट क्षमता राखली.

दोन किंवा अधिक घटकांनी बनलेल्या CoOₓ संमिश्र प्रणालीसाठी, घटकांमधील समन्वयात्मक प्रभाव एकूण इलेक्ट्रोकेमिकल कार्यक्षमतेत आणखी सुधारणा करू शकतो. उदाहरणार्थ, कोबाल्ट ऑक्साईडला उच्च प्रवाहकीय कार्बन-आधारित सामग्री किंवा इतर धातूच्या ऑक्साईडसह एकत्रित केल्याने दर कामगिरी आणि सायकलिंग स्थिरता लक्षणीयरीत्या वाढू शकते. यामुळे या क्षेत्रातील संमिश्र प्रणालींच्या डिझाइन आणि विकासाकडे लक्ष वेधले गेले आहे.

ZnO

तुलनेने उच्च सैद्धांतिक विशिष्ट क्षमता, कमी खर्च, तयारी सुलभता आणि विविध आकारविज्ञान यामुळे लिथियम-आयन बॅटरीसाठी एनोड सामग्री म्हणून झिंक ऑक्साईडने देखील व्यापक लक्ष वेधून घेतले आहे. ZnO मिश्रधातूच्या (Li–Zn मिश्रधातूची निर्मिती) आणि रूपांतरण (Li₂O बनविण्याच्या) एकत्रित यंत्रणेद्वारे लिथियमवर प्रतिक्रिया देते. त्याची सैद्धांतिक विशिष्ट क्षमता 978 mA·h/g पर्यंत पोहोचू शकते, जी ग्रेफाइट एनोड्सपेक्षा लक्षणीयरीत्या जास्त आहे. तथापि, झिंक ऑक्साईडला खराब विद्युत चालकता, वारंवार चार्ज-डिस्चार्ज सायकल दरम्यान तीव्र प्रमाणात विस्तार/आकुंचन आणि सायकल चालवताना मोठ्या प्रमाणात निष्क्रिय Li₂O निर्माण होणे यामुळे त्रास होतो. या घटकांमुळे जलद क्षमतेचा क्षय होतो, खराब दराची कार्यक्षमता आणि ZnO इलेक्ट्रोडचे लहान सायकल आयुष्य होते. या समस्यांचे निराकरण करण्यासाठी, संशोधकांनी मुख्यत्वे मॉर्फोलॉजी आणि संरचना नियंत्रण, कार्बन कोटिंग, हेटरोएटम्ससह डोपिंग आणि उच्च प्रवाहकीय सब्सट्रेट्ससह ZnO-आधारित संमिश्र तयार करणे यासारख्या धोरणांचा अवलंब केला आहे. या पद्धती बहुधा अनेक बदलांच्या रणनीती एकत्र करून लिथियम स्टोरेजची चांगली कामगिरी साध्य करतात आणि काही मेटल झिंकेट संयुगे देखील उत्कृष्ट इलेक्ट्रोकेमिकल कामगिरी प्रदर्शित करतात.

4. MPₓ

अलिकडच्या वर्षांत लिथियम-आयन बॅटरीसाठी एनोड सामग्रीच्या वापरामध्ये मेटल फॉस्फाइड्सने देखील व्यापक लक्ष वेधले आहे. ही संयुगे सामान्यतः एका रूपांतरण यंत्रणेद्वारे लिथियमवर प्रतिक्रिया देतात आणि बहुधा प्रति सूत्र युनिट बहु-इलेक्ट्रॉन ट्रान्सफर प्रतिक्रियांमुळे खूप उच्च सैद्धांतिक विशिष्ट क्षमता असतात. तथापि, त्यांना सामान्यतः लिथिएशन/डेलिथिएशन दरम्यान मोठ्या प्रमाणात विस्ताराचा त्रास होतो, ज्यामुळे सक्रिय कण आणि वर्तमान संग्राहक यांच्यातील पल्व्हरायझेशन आणि विद्युत संपर्क कमी होतो, ज्यामुळे त्यांचा व्यावहारिक वापर गंभीरपणे मर्यादित होतो.

त्यापैकी, लोह, कोबाल्ट, निकेल आणि तांबे{0}}वर आधारित फॉस्फाइड्सचा अलीकडच्या वर्षांत सखोल अभ्यास केला गेला आहे. उदाहरण म्हणून लोह फॉस्फाईड्स घेतल्यास, त्यांची सैद्धांतिक विशिष्ट क्षमता 500-1800 mA·h/g पर्यंत पोहोचू शकते. याव्यतिरिक्त, मेटल फॉस्फाईड्स सामान्यतः मेटल ऑक्साईड्स आणि मेटल सल्फाइड्सपेक्षा जास्त लिथियम स्टोरेज व्होल्टेज (सामान्यत: 0.5-1 V विरुद्ध Li⁺/Li) प्रदर्शित करतात, जे जलद चार्जिंग दरम्यान लिथियम डेंड्राइट तयार होण्याचा धोका कमी करण्यास मदत करतात. शिवाय, मेटल फॉस्फाईड्स सामान्यतः संबंधित मेटल ऑक्साईडपेक्षा जास्त विद्युत चालकता प्रदर्शित करतात, जे दर कार्यक्षमतेत सुधारणा करण्यासाठी फायदेशीर आहे. त्यामुळे, मेटल फॉस्फाईड नॅनोस्ट्रक्चर्सची तर्कसंगत रचना आणि कार्बन आधारित सामग्रीसह त्यांचे संमिश्र{10} ही या क्षेत्रातील एक महत्त्वाची संशोधन दिशा बनली आहे. उदाहरणांमध्ये Ni₂P, NiP₂, NiP₃, Ni₅P₄, CoP, Co₂P, CoP₃, FeP, FeP₂, Cu₃P, इत्यादींचा समावेश आहे. या सर्व संयुगे संशोधनामध्ये उत्कृष्ट लिथियम संचयन कार्यप्रदर्शन दर्शवितात, व्यावहारिक अनुप्रयोगासाठी मोठी क्षमता दर्शविते. Ni₂P आणि Li–Ni–P टर्नरी संयुगे त्यांच्या अद्वितीय संरचना आणि उच्च विद्युत चालकतेमुळे अल्ट्राफास्ट लिथियम-आयन इंटरकॅलेशन/डिइंटरकलेशन प्रतिक्रिया देखील साध्य करू शकतात.