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Oct 14, 2021 Pageview：766
La resistencia iónica de un electrodo y los separadores cargados con electrolito determina qué tan bien se desempeña una batería de iones de litio a velocidades de carga máximas. La permeabilidad y la tortuosidad son esenciales para comprender y simular las corrientes de fuga en los componentes porosos de la batería.
Dispositivos de conversión que se pueden utilizar para adaptarse a la resistencia iónica funcional del electrodo, lo que le permite medir las estadísticas de MacMullin dependientes de la porosidad y las tortuosidades de electrodos con diversas sustancias activas y contenido altamente conductivo. Los modelos basados en baterías también pueden proporcionar información sobre la dinámica y las propiedades de transporte de las baterías a las que los experimentos no pueden acceder o solo en parte, son una herramienta útil para evaluar la eficiencia, la seguridad y la existencia diaria de las baterías de iones de litio. La selección de modelos físicos apropiados y condiciones de contorno y los parámetros de transporte, dinámicos, definidos con precisión y que los acompañan son preocupaciones críticas para obtener hallazgos fácticos cualitativos y estimados. En el artículo a continuación, obtendrá el conocimiento sobre todo sobre los materiales de los electrodos de la batería y la tortuosidad.
Materiales de los electrodos de la batería
Los cátodos modernos se componen de primeros materiales de óxido o fosfatos. Los ánodos, que están hechos de grafito o del complejo electrolítico Li4Ti5O12, tienen menos opciones. Estos materiales son livianos, con capacidades relativamente altas y alta densidad de potencia, y funcionan bien en general.
1) cátodos
LiCoO2, el primer cátodo de óxido de intercalación encontrado, se utiliza actualmente en baterías de tecnología de consumo. El apilamiento de esta combinación es -NaFeO2 (grupo espacial R3-m), que consiste en recursos cúbicos que pueden ayudar a las matrices de oxígeno con complejos metálicos e iones de litio que mantienen posiciones octaédricas en diferentes espesores.
En las celdas de medio litio, el perfil prospectivo de LiCoO2 es cada vez más inclinado, y aproximadamente la mitad del litio puede extraerse por debajo de 4,2 V frente a Li / Li +, lo que da como resultado una capacidad específica de 140 mAh / g. Se pueden lograr eficiencias más altas aumentando el límite de voltaje de carga, pero debido a la falla estructural de la molécula de LixCoO2 fuertemente delitiada y la oxidación permanente del electrolito, esto daña el ciclo de vida7. Los investigadores observaron materiales de óxido en capas adicionales debido a las limitaciones de recursos, el alto costo del Co y el requisito de una alta densidad de potencia. A pesar de su baja densidad de potencia, las propiedades de seguridad del electrodo LiFePO4 atraen a algunas aplicaciones de transporte. Cuando se calienta, el material cargado, FePO4, no emite oxígeno, sino que se transforma en una estructura de cuarzo electroquímicamente neutra de la misma formación.
2) Ánodo
Actualmente, solo hay dos materiales de ánodo disponibles comercialmente: a base de carbono (grafito primario) y espinela de óxido Li4Ti5O12. El uso de un electrodo de complicación relativamente baja supera las dificultades de ciclo y estabilidad que han impedido cualquier uso de ánodos de litio en baterías recargables. Las neuronas de litio no se desarrollan en los ánodos de grafito durante el funcionamiento normal y las situaciones de daño, y estas baterías se pueden reciclar de manera eficaz.
El filtrado, la mejora de la morfología de las partículas y el uso de aditivos electrolíticos han reducido significativamente las ineficiencias; como resultado, las baterías de iones de litio modernas tienen capacidades iniciales irreparables de solo un pequeño porcentaje. La deposición de metal en disolución del cátodo o las fluctuaciones extremas de temperatura durante la operación pueden desestabilizar el SEI, requiriendo su reformación y pérdida adicional de iones ciclables.
Las baterías de iones de litio también están interesadas en los carbonos no grafíticos, que contienen estructuras de grafeno pero carecen de estrategias de largo alcance para su mantenimiento. El litio se inserta en estas sustancias con mayores posibilidades que el grafito, y no hay estadificación. Si bien las capacidades irreparables de algunos tipos de carbono disfuncional (por ejemplo, carbones duros) son a menudo mucho más altas que las hojas de grafeno, el SEI en algunos tipos de carbono roto (por ejemplo, carbones duros) es menos propenso a sufrir daños, lo que los hace adecuados para unirse con cátodos de espinela de óxido de manganeso donde la desintegración del metal es una preocupación. Las características electroquímicas (forma del perfil de voltaje y capacidad) de los carbones desorganizados varían significativamente según la complejidad.
¿Qué es un electrodo en una batería?
Un electrodo es un conductor eléctrico que entra en contacto con un componente no metálico de un circuito en particular. Los electrodos de las baterías enlazan las conexiones eléctricas con el electrolito. El cátodo es el electrodo en el polo positivo y el ánodo es el electrodo en el extremo negativo. Cada electrón está polarizado, por lo que el cátodo es atraído por el negativo y el ánodo es atraído por el positivo donde se encuentran con el electrolito.
Los procesos químicos ocurren en los electrodos, lo que hace que pase una corriente eléctrica cuando una batería se descarga o se carga. En el cátodo, ocurren reacciones reductoras, en las que los átomos ganan electrones y crean iones cargados negativamente conocidos como iones en la solución. El ánodo es donde ocurren las reacciones de oxidación, con átomos que ceden electrones para generar cargas positivas conocidas como cationes.
Dependiendo de si una batería es de carga y descarga, el ánodo y el cátodo se invierten, por estos significados alternativos. Sin embargo, cuando se hace referencia a los componentes de una batería, se suele hacer referencia a los electrodos por su función durante el agotamiento.
Como resultado, aunque el electrodo que sirve como cátodo durante la descarga es un ánodo durante la recarga, se alude constantemente a él como el cátodo de la batería. Asimismo, aunque puede convertirse en cátodo durante la carga, el electrodo que actúa como ánodo después de la descarga sigue siendo su nomenclatura. Los electrones libres entran y salen de las conexiones en los extremos de los electrodos que tocan el circuito eléctrico cuando la corriente pasa a través de la batería. Las nubes de iones surgen en los electrolitos del otro extremo de los cables.
¿Qué es la tortuosidad de electrodos?
El factor de tortuosidad de los electrodos de batería porosa es una métrica crítica para el modelado numérico que vincula la microestructura del electrodo con la eficiencia. Como resultado, es vital tener un método para determinar con precisión las variables de tortuosidad. Este trabajo propone un método numérico para comparar dos procedimientos experimentales estándar basados en datos simulados en imágenes microestructurales generadas numéricamente. Cuando se utiliza para caracterizar electrodos, se enfatizan varios defectos esenciales con el componente tradicional de tortuosidad de tipo "flujo continuo".
Como resultado, se desarrolla el "componente de tortuosidad del electrodo", que representa los mecanismos de transporte importantes para los electrodos porosos más que el factor de tortuosidad de tipo "flujo a través". Los resultados de la simulación destacan la importancia de los poros que no se filtran ("callejón sin salida") en la función de los electrodos en el mundo real. Este es un resultado real para optimizar el diseño de electrodos que los modeladores electroquímicos deben considerar cuidadosamente. Se pueden utilizar técnicas de imágenes 3D para adquirir la geometría de estos electrodos porosos en la nanotecnología, además de enfoques electroquímicos para determinar el componente de tortuosidad. Incluso si el volumen escaneado es insignificante en contraste con la celda, si es significativo en relación con las características de los poros, los datos se pueden utilizar para derivar medidas morfológicas promedio que indiquen el electrodo completo.
Conclusión
El artículo anterior ha mencionado todo lo relacionado con las baterías de electrodos, cuáles son los materiales utilizados en las baterías de electrodos, cátodos y ánodos. Explica qué es un electrodo en baterías, sus usos y, por último, el artículo explica qué es un electrodo en tortuosidad. Así que aclara todas tus dudas leyendo ahora el artículo relacionado con las baterías de electrodos y la tortuosidad.
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