Sniðið á framtíðinilitium-ion battarískal kunna nøkta krøvini til tól, sum brúka nógva orku-, so sum rein el-akfør, stikk-in hybrid el-akfør og støðugar orkugoymsluskipanir. Fyri nýggj anodutilfar, sum er í menning, er kapasitetur ein av lykla avrikisvísarunum. Við støði í ymiskum reaktiónsmekanismum eru nøkur kandidattilfar við høgum teoretiskum kapasiteti silikon (Si), germanium (Ge), silikonmonoxid (SiO), tin (Sn) og tess oxid (SnOz), við typiskum kapasitetum, sum liggja frá 783 mA·g (fyri SnO·g/h1) (421). Hóast hesi legeringstilfar vísa størri serligar kapasitetsfyrimunir í mun til siðbundna grafitt (372 mA·bg) og litiumtitanat (LTO, 175 mA·Ng), so avmarka rúmdarbroytingarnar og byrjanarliga óafturvendandi kapasitetstapið, sum tey fara undir undir løðing og útløðing, lívstíðina. Fyri at vinna á hesum trupulleikum hava granskarar kannað ymiskar strategiir, so sum at minka um partiklustøddina til nanoskala og royna at byggja samansettar tilfarsskipanir, sum innihalda virknar ella óvirknar metalliskar litiumpartar. Millum hesar háttaløg hevur tað at sameina virkið litiumgull við legeringstilfari til at mynda eitt leiðandi pufferundirlag víst møguleika fyri at betra um cyklusavrikið. Harumframt hevur tað eisini víst seg at vera ein effektiv tilgongd til at fáa hugsjónarlig anodutilfar, sum sameinir høgan kapasitet, góðan rate avrikið og langa ringrásarlív.
Si--Silikonbaserað anodutilfar
Silikon-baserað anodutilfar er í høvuðsheitum samansett av reinum silikon, silikonoxidi og silikon/kolkomposittum. Vegna teirra høga teoretiska kapasitet, umhvørvisvinarligheit og nógvar náttúrugoymslur, verða teir víða mettir sum tað ideella valið til næsta-ættarlið av há-orku-tættleika litium-ion battaríanodur. Kinesiskir vísindamenn vóru teir fyrstu í heiminum at leggja upp til hugtakið um at brúka nanoskala silikon til litium-ion battarí. Við atliti at nógva silikontilfeinginum í Kina og heimsins-fremsta framleiðsluførleika av elementarum silikon, hevur vaksandi granskingar- og menningarátøk av silikon-baseraðum anodutilfari og teirra nýtslu í litium-ionbattaríum stóran týdning fyri at meistara lykla framtíðarhá{form}1. litium-ion battarí.
Samanborið við siðbundna grafitt-anodutilfar vísir silikon ein størri teoretiskan serligan kapasitet (4211 mA·h/g) og ein lutfalsliga lægri delitieringspotential (0,5V). Serliga er rakstrarspenningurin hjá silikon eitt sindur hægri enn hjá grafiti. Mynd 5-9 lýsir serligu atomskipanina innan í einum silikonkrystalli. Undir løðing kann tað við at brúka silikon sum anodu minka um yvirflatulitiumplátingina, og harvið betra um battarítrygdina. Harumframt er silikon nógv og bíligt. At leggja silikon á litium-ion battaríanodur hevur tó eisini nakrar avbjóðingar við sær. Sum hálvleiðaratilfar hevur silikon vánaliga leiðsluføri. Eftir fleiri løðing-útløðing, kunnu tær týðandi rúmdarbroytingarnar orsakað av litium-ion innseting og útloysing føra til tilfarsbrot, ávirka strukturella stabilitetin og møguliga elva til skilnað av virkna tilfarinum frá streymkollektorinum, sum ávirkar battaríið nógv. Harumframt forðar henda rúmdarvíðkanin eisini fyri mynding av einum støðugum og effektivum fast-tilstands elektrolytt-grensu (SED) filmi á silikonflatanum. At spjaða reint silikon ella tess samansetingar javnt innan í einum kolmatrix kann í ein ávísan mun minka um hesar trupulleikar: øðrumegin betra tað um samlaðu elektronisku leiðsluna hjá samsetta tilfarinum; hinvegin hjálpir nærveran av kolvetni til at minka um álag, sum stendst av silikonrúmdarbroytingum, og minkar um skaðan á elektrodubygnaðin; samstundis kann kol stuðla støðugari mynding av SEI-filminum. Tí verða samsett tilfar, sum sameinir fyrimunirnar við silikon og kolvetni, mett sum eitt av teimum ideellu anodukandidatunum til næsta-ættarlið av háorku-litium-ion battaríum við tættleika.
SiO
Umframt silikon verður silikonmonoxid (SiO) eisini mett sum eitt kandidat anodutilfar til litium-ion battarí orsakað av teoretisku kapasitetinum, sum er meira enn 1600 mA·h/g. Harumframt inniber litium-súrevnissamskipan minni rúmdarbroytingar og lægri aktiveringsorkur undir løðing og útløðing. Møguligar elektrokemiskar reaktiónir undir hesi tilgongdini fevna um umlegging av SiO til Si og LiO, og síðani verður ein silikon-litiumlegering við Li myndað; ella beinleiðis mynding av silikon-litiumlegering og LixSiO2. Merkisvert er, at reint fast SiO er termodynamiskt óstøðugt við øllum hita og kann tí niðurbrótast til Si og SiO2 undir ávísum umstøðum gjøgnum eina disproportioneringsreaktion. Líkt og silikon fer SiO undir munandi rúmdarvíðkan ella samdrátt við litium-innseting og útdrátti. Harumframt hevur SiO vánaliga leiðsluføri, sum førir til seina litium-ion inn- og útgongd. Fyri at viðgera hesi viðurskifti, økja um afturvendandi kapasitetin og betra um ringrásarstabilitetin hava granskarar kannað ymiskar strategiir. Millum hesi verða kolhúðingartøkni, elektrokemisk reduktión av litium í SiO, og minking av SiO partiklustødd mettar at vera serliga effektivar tilgongdir. Serliga kann diffusiónsleiðin hjá litiumjonum effektivt styttast, tá ið hon verður sett saman við smærri partiklum og kolvetnishúðum, samstundis sum elektron- og ionleiðsluvirknið verður betrað, og harvið vinna á áðurnevndu avbjóðingum.
GE
Germanium hevur vakt stóran ans í litium-ion battaríanodutilfarsgransking orsakað av sínum høga litiumgoymslukapasiteti (1623 mA·h/g) við Liz2Ge5 stoikiometriska lutfallinum og síni afturvendandi litium-innseting og úttøkugongd. Hóast germanium er dýrari enn silikon og hevur eitt sindur lægri kapasitet, so eigur tað munandi fyrimunir, so sum leiðsluføri 10.000 ferðir tann hjá silikon og eitt bandbil uppá einans 0,67 eV. Kanningar hava víst, at diffusiónsferðin hjá litiumjonum í germanium er 15 ferðir skjótari enn í silikon við 360 stigum og 400 ferðir skjótari við stovuhita. Hesir eginleikar geva germanium framúr góðan høgan-streymsløðing og størri løðingsflutningseffektivitet. Hendan høga-effektframleiðslan er serliga týdningarmikil fyri forrit, sum krevja høga-effektframleiðslu, so sum el-akfør. Men líkt og silikon stendur germanium eisini fyri trupulleikanum við rúmdarvíðkan upp til 300%, sum er vorðin ein forðing fyri ítøkiligari nýtslu í litium-ion battaríum. Við at nýta nanostruktursnið sum nanopartiklar, nanotráðir ella nanorør, kann neiligu ávirkanin av rúmdarbroytingum effektivt minkast, og harvið betra um coulombiska effektivitetin. Vert er at leggja til merkis, at tilgerð av germanium nanopartiklum-leiðandi undirlagssamsettum við einføldum hættum sum fast-pyrolysu kann optimera elektrokemisku avrikini hjá elektrodunum enn meira.
SnO2.
Tindioxid (SnO2), sum í fyrsta umfari varð ment av Fujifilm, hevur vakt víðgongdan ans sum negativt elektrodutilfar til litium-ion battarí orsakað av høgu teoretisku kapasitetinum og lágu rakstrarspenninginum (umleið 0,6 eV, í mun til LiLi). Í elektrokemisku reaktiónstilgongdini fer hon fyrst undir eitt lutvíst óafturvendandi stig, har SnO2 verður reducerað til metalliskt tin (Sn) og litiumoxid (LiO); síðani hendir ein afturvendandi fasa, sum fevnir um myndugleika og niðurbróting av tin-litiumlegeringini. Teoretiskt kann hvørt mol av SnO2 reagera við 8,4 mol av litium, svarandi til eina teoretiska kapasitet uppá 1491 mA·h/g. Men við atliti at lágu reversibilitetinum í byrjanarreduktiónsreaktiónini, verður í ítøkiligum umsóknum bert tann effektiva kapasiteturin, sum eftirfylgjandi legerings/avlegeringstilgongdin stuðlar-umleið 783 mA·h/g{{13}n}, vanliga hugsað um, og hetta virðið verður nýtt sum tann ítøkiliga kapasiteturin av SO2. Harumframt fer hetta tilfarið undir løðing-útlátsringrásum undir munandi rúmdarvíðkan (yvir 200%), sum førir til álvarsligt kapasitetstap. Til hetta endamál eru granskarar ætlaðir at betra um súkklustabilitetin hjá SnO2 og minka um óafturvendandi kapasitetstap orsakað av rúmdarbroytingum við ymiskum hættum.