Dengan perkembangan pesat kenderaan elektrik tenaga baharu dan pesawat elektrik, permintaan untuk jarak pemanduan lanjutan di kedua-duanya semakin bergantung pada-bateri litium-padat tenaga (LIB)

Dengan perkembangan pesat kenderaan elektrik tenaga baharu dan pesawat elektrik, permintaan untuk jarak pemanduan lanjutan dalam kedua-duanya semakin bergantung pada-bateri litium-padat tenaga (LIB).

Pada masa ini, dalam bateri cecair tradisional, panjang laluan pengangkutan berkesan ion Li+ dalam elektrod berliang adalah penting. Panjang ini bertambah dengan beban kawasan, secara langsung mengehadkan-prestasi pengecasan pantas. Pelbagai strategi telah dicadangkan dalam industri, antaranya penipisan elektrod adalah salah satu kaedah utama untuk meningkatkan prestasi kadar, tetapi kaedah ini datang pada kos ketumpatan tenaga bateri.

Bateri keadaan pepejal-, sebagai matlamat utama bateri, menghadapi cabaran melangkaui hasil dan kos; salah satu kesesakan terbesar ialah menyelesaikan masalah pembentukan litium dendrit. Logam litium adalah bahan anod yang paling menjanjikan untuk bateri, tetapi pertumbuhan dendrit, kereaktifan litium yang tinggi, dan pengembangan isipadu menimbulkan bahaya keselamatan kepada bateri logam litium, menghalang penggunaan praktikal anod logam litium dalam bateri boleh dicas semula.

Kedua-dua titik kesakitan utama ini pada masa ini menunjuk kepada penyelesaian yang sama: tembaga berbuih. Tembaga berbuih, juga dikenali sebagai tembaga 3D, ialah bahan bateri baharu dengan banyak sifat dan kelebihan unik. Tembaga berbuih adalah bahan logam dengan sebilangan besar liang saling berkait teragih seragam, mempamerkan kekonduksian dan kemuluran yang baik. Dalam aplikasi bateri-ion litium, berbanding dengan-pengumpul arus kerajang kuprum generasi pertama dan-pengumpul arus komposit generasi kedua, pengumpul arus logam berbuih mewakili generasi ketiga. Pengumpul semasa-generasi ketiga ini juga merupakan faktor utama yang menentukan sama ada China boleh menjadi yang pertama di dunia untuk mencapai pengindustrian semua-bateri keadaan pepejal-.

Pertama, tembaga berbuih, sebagai bahan bateri, mempunyai kekonduksian tinggi, yang membantu meningkatkan kecekapan pengecasan dan nyahcas bateri. Struktur berliangnya meningkatkan kawasan sentuhan antara elektrod dan elektrolit, dengan itu meningkatkan ketumpatan tenaga dan kestabilan kitaran bateri. Pengumpul arus tradisional (TCCs), seperti kerajang logam pepejal termasuk Cu dan Al, tidak mempunyai keliangan dan tidak telap kepada elektrolit. Oleh itu, TCC ini tidak memudahkan pengangkutan Li+ dan mengehadkan pengangkutan Li+ antara elektrod kepada satu sisi sahaja, mengehadkan-prestasi pengecasan pantas.

Sebaliknya, reka bentuk berliang kuprum berbuih membolehkan ion Li+ melalui kedua-dua pengumpul semasa dan pemisah secara serentak, sekali gus mengurangkan separuh jarak pengangkutan Li+ yang berkesan dan meningkatkan prestasi-terhad C-}serapan sebanyak empat kali tanpa menjejaskan ketumpatan tenaga. Pada masa ini, pengeluar bateri-kecekapan tinggi domestik dan antarabangsa terkemuka telah menjalankan kajian perbandingan. Menurut artikel Nature terkini, bateri yang menggunakan pengumpul semasa ini mempamerkan tenaga khusus yang tinggi (276 Wh kg⁻¹) dan keupayaan pengecasan-pantas yang ketara, beroperasi pada kadar 4 C (78.3% C/C), 6 C (70.5% C/C) dan 10 C (54.3% C/C). Reka bentuk pengumpul semasa berliang ini serasi dengan proses pembuatan bateri sedia ada dan{16}}strategi pengecasan pantas yang lain, memperkayakan konfigurasi bateri dan menyediakan idea yang lebih baik untuk mereka bentuk bateri generasi-yang akan datang.

Kedua, mengenai masalah terbesar dalam-bateri keadaan pepejal-pembentukan litium dendrit-kawasan permukaan tinggi buih kuprum secara berkesan mengembangkan kawasan elektrod, menyediakan tapak yang lebih aktif untuk tindak balas elektrokimia. Ini membawa kepada ketumpatan arus dan kapasiti bateri yang lebih tinggi. Lebih penting lagi, kawasan tindak balas yang lebih besar bermakna arus unit yang lebih kecil, yang akan meningkatkan pembentukan dendrit litium. Ia sudah digunakan secara meluas dalam bateri-keadaan dan pepejal-pepejal di makmal pengeluar bateri terkemuka.

Tambahan pula, buih tembaga juga mempunyai kekuatan dan kestabilan mekanikal yang baik, mampu menahan tekanan yang dijana semasa berbasikal bateri, memanjangkan hayat bateri. Ini juga sangat menarik untuk-bateri keadaan pepejal.

Setiap bateri GWh memerlukan 700 tan tembaga untuk 6m foil tembaga, dan pengumpul arus komposit mempunyai berat kira-kira 300 tan, memerlukan kira-kira 250 tan tembaga. Tembaga berbuih hanya memerlukan kira-kira 100 tan. Pengurangan ketara dalam penggunaan tembaga, memandangkan jangkaan semasa -kenaikan harga tembaga jangka panjang, bukan sahaja dapat menjimatkan banyak kos tetapi juga meningkatkan ketumpatan tenaga bateri dengan ketara.