Lithium-ionbatterijen (LIB's) zijn de dominante energiebron voor draagbare elektronica en elektrische voertuigen. Echter, de relatief lage theoretische capaciteit van de grafietanode (372 mAh g ^-1 ) belemmert de verbetering van de energiedichtheid van LIB's. Daarom, het exploiteren van anodematerialen met een hoge capaciteit krijgt steeds meer aandacht.

Onder verschillende anodematerialen, aluminium (Al) is een veelbelovende kandidaat vanwege zijn uitstekende geleidbaarheid, hoge theoretische capaciteit, laag ontladingspotentieel, natuurlijke overvloed, en vooral lage kosten. Echter, Anodes op basis van Al worden meestal onderzocht in halve cellen of volledige cellen met een lage kathode-oppervlaktedichtheid ( <2 mg cm-2), wat verre van een praktische eis is.

Onlangs, een onderzoeksteam onder leiding van Prof. Tang Yongbing en Dr. Zhang Miao van de Shenzhen Institutes of Advanced Technology (SIAT) van de Chinese Academie van Wetenschappen publiceerde een paper getiteld "Uniform Distribution of Alloying/Dealloying Stress for High Structural Stability of Al Anode in Lithium-ionbatterij met hoge oppervlaktedichtheid" aan Geavanceerde materialen , waaruit bleek hoe de onderzoekers de fietsprestaties van op Al gebaseerde batterijen met een kathode met een hoge oppervlaktedichtheid verbeterden.

In eerdere onderzoeken is het team ontwikkelde een nieuwe lithium-ionbatterijconfiguratie met een hoog rendement en lage kosten, die een geïntegreerd ontwerp van aluminiumfolie gebruikte om de grafietanode en de Cu-stroomcollector van conventionele LIB's te vervangen, het weglaten van conventionele anodematerialen. Dus, dood gewicht en dood volume kan sterk worden verminderd, verdere verbetering van de energiedichtheid van deze batterij. Hoe dan ook, deze geïntegreerde anode heeft ook een probleem met de fietsstabiliteit bij montage met een kathode met een hoge oppervlaktedichtheid.

In dit werk, het team ontdekte dat het kraken en verpulveren van de Al-anode kon worden toegeschreven aan de ongelijke laad- / ontlaadreactie langs de grenzen van ongerept Al, wat leidde tot de spanningsconcentratie en uiteindelijk falen van de Al-anode. Ze ontdekten toen dat het mogelijk was om de levensduur van de Al-anode te verlengen via een uniforme verdeling van de legerings-/delegeringsspanning.

Tang en zijn medewerkers promootten een inactieve (Cu) en actieve (Al) codepositiestrategie om de legeringsplaatsen homogeen te verdelen en de spanning van volume-expansie te verspreiden, hetgeen gunstig is voor het verkrijgen van de structurele stabiliteit van de Al-anode (namelijk Cu-Al@Al).

Door de homogene reactie en uniforme spanningsverdeling tijdens het laad-/ontlaadproces, de volle batterij van Cu-Al@Al geassembleerd met een hoge LiFePO ₄ kathodeoppervlaktedichtheid van 7,4 mg cm-2 bereikte een capaciteitsbehoud van ~88% over 200 cycli, wat de beste prestatie is van Al-anodes in volle batterijen met een kathode met zo'n hoge oppervlaktedichtheid.

De studie suggereert dat dit inactieve/actieve ontwerp een haalbare manier biedt om het probleem van Al-anoden op te lossen en mogelijkheden biedt voor praktische toepassingen van Al-anodes.