Anoda za litijsku bateriju u čvrstom stanju na bazi sulfida - 2. dio Ostale anode

Nedavni napredak na anodi za litijeve litijeve baterije na bazi sulfida

—— Dio 2 Ostale anode

Autor:

JIA Linan, DU Yibo, GUO Bangjun, ZHANG Xi

1. Škola strojarstva, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200241, Kina

2. Shanghai Yili New Energy Technology Co., LTD. , Šangaj 201306, Kina

Anoda od litijeve legure

Zbog ozbiljnih nuspojava na površini površine, čisti litij je teško izravno koristiti u sulfidnim čvrstim elektrolitima u kratkom roku, tako da materijali od legura litija pružaju privlačniju opciju. U usporedbi s metalnim litijevim anodama, anode od litijeve legure mogu poboljšati kvašenje sučelja, spriječiti pojavu sporednih reakcija sučelja, poboljšati kemijsku i mehaničku stabilnost sučelja čvrstog elektrolita i izbjeći kratke spojeve uzrokovane rastom litijevih dendrita. U isto vrijeme, u usporedbi s tekućim litij-ionskim baterijama, anode od legura mogu pokazati veću gustoću energije i bolju stabilnost u potpuno čvrstim baterijama. Međutim, negativne elektrode od legure doživjet će veće promjene volumena i strukture tijekom punjenja i pražnjenja (kao što je Li-Si legura, Li-Sn legura itd.), pa su potrebna daljnja istraživanja o razvoju i primjeni legura. Među raznim litijevim legurama, Li-In legura je popularna u laboratoriju zbog svoje bolje mehaničke duktilnosti i konstantnog redoks potencijala (0.62 V u odnosu na Li+/Li) u širokom stehiometrijskom rasponu. Li-In legure općenito se smatraju termodinamički i kinetički stabilnim materijalima za sulfidne elektrolite. Naširoko se koristi u laboratorijima za ispitivanje performansi elektrolita ili katodnih materijala, dok pokazuje dobru stabilnost ciklusa u uvjetima niske struje i niskog opterećenja. Međutim, redoks potencijal i molekularna težina Li-In legure su visoki, što uvelike smanjuje prednost litij-ionskih baterija u čvrstom stanju u gustoći energije. Općenito, studije vjeruju da nema rasta litijevih dendrita u Li-In legurama. Međutim, Luo et al. proveo testove punjenja i pražnjenja na Li-In|LPSCl|LNO@NCM622 bateriji u potpunom stanju pod visokom gustoćom struje (3,8 mA·cm-2) i velikim opterećenjem (4 mA·h·cm{{23} }). Utvrđeno je da je baterija imala kratki spoj nakon približno 900 ciklusa. Baterija je zadržala stabilan kapacitet ciklusa i gotovo 100% Coulombic učinkovitosti tijekom ciklusa punjenja i pražnjenja do 890 ciklusa, ali je kapacitet počeo brzo opadati nakon 891 ciklusa, padajući gotovo na 0 u 897. ciklusu. Relevantna krivulja napona punjenja i pražnjenja baterije od 891. do 897. ciklusa, u kojem se kapacitet punjenja postupno povećava, dok se odgovarajući kapacitet pražnjenja smanjuje. U 897. ciklusu baterija se nastavlja puniti i kapacitet se nastavlja povećavati, praćen nižim porastom napona, što ukazuje na pojavu unutarnjeg kratkog spoja i kvara baterije. Mehanizam rasta Li-In dendrita otkriven je pomoću SEM, XPS i drugih karakterizacija te AIMD simulacije. Označava da u uvjetima velike struje i velikog opterećenja. Metalni In je termodinamički i kinetički nestabilan prema sulfidnim elektrolitima. Promjene volumena i lagane reakcije na međupovršini potiču rast Li-In dendrita, što u konačnici dovodi do kvara baterije tijekom dugih ciklusa. Za razliku od vertikalnog rasta litijevih dendrita, način rasta Li-In dendrita je bočni rast duž pora i granica zrna. Stopa rasta je spora i uzrokuje malo oštećenja strukture sulfidnog elektrolita (slika 6). Stoga se rast Li-In dendrita može suzbiti poboljšanjem elektrokemijske stabilnosti metalne elektrode/krutog elektrolita i smanjenjem poroznosti elektrolita.

Slika 6 Prije i poslije ciklične evolucije sučelja za Li-In|LPSCl|LNO@NCM622 ćeliju

Al ima prednosti visoke duktilnosti, velikih rezervi i visoke elektronske vodljivosti. Ima visok teorijski specifični kapacitet (990 mA·h·g-1) i malu stopu ekspanzije volumena (96%) među materijalima od legura litija. To je jedan od anodnih materijala za litij bateriju u punom stanju koji obećava. Kao što je prikazano na slici 7(a), Pan et al. pripremili su negativnu elektrodu od legure Li-Al bez veziva i vodljivog sredstva (Li0.8Al, specifični kapacitet 793 mA·h·g-1, 0,35 V naspram Li+/Li). Ima dobru kompatibilnost s LGPS elektrolitom. To je zbog činjenice da je radni potencijal pripremljene anode od Li-Al legure unutar stvarnog prozora elektrokemijske stabilnosti LGPS [Sl. 7(b)]. Sprječavajući redukciju i raspadanje elektrolita, sklopljena kruta baterija pokazala je izvrsnu reverzibilnost, sa stopom zadržavanja kapaciteta od čak 93,29% u 200 ciklusa. Pod uvjetom N/P omjera od 1,25, gustoća energije baterije dosegla je 541 W·h·kg-1, što dokazuje da Li-Al legura ima izvrsne izglede za primjenu.

Slika 7. Shema anode od legure Li-Al u ASSLB-ovima

Sakuma i sur. proučavali su podudaranje Li-Sn legure, Li-Si legure i Li4-x Ge1-x P x S4 elektrolita, te uočili manji otpor sučelja i veći redoks potencijal. Hashimoto i sur. upotrijebio visokoenergetsko kuglično mljevenje za pripremu niza Li4,4Ge x Si1-x (x=0~1.0). Među njima, Li4.4Ge0.67Si0.33 pokazuje najveći specifični kapacitet (190 mA·h·g-1) i ima dobru reverzibilnost punjenja i pražnjenja. Park i sur. koristio je mehaničko kuglično mljevenje za miješanje i mljevenje litij praha i silicija u prahu za pripremu Li4.4Si legure, Li4Ti5O12 pozitivne elektrode i Li2S-P2S5 elektrolita za sastavljanje potpuno krute litijske baterije. Studija je otkrila da je izvedba baterije značajno poboljšana nakon sekundarnog mljevenja Li-Si legure s kuglicama, odnosno da je smanjenje veličine čestica litij-Si legure pogodovalo ravnomjernom taloženju i skidanju litija tijekom proces punjenja i pražnjenja.

Filmovi od litijeve legure također se mogu koristiti kao sredstvo za stabilizaciju sučelja negativne elektrode. Choi i sur. koristili su jednostavnu metodu valjanja za kombiniranje Ag debljine 10 μm i Li debljine 150 μm, a zatim su primjenili vanjski pritisak kako bi dobili film od legure Li-Ag. Visoki sadržaj Ag lako stvara stabilnu granicu sa sulfidnim elektrolitom i inhibira rast litijevih dendrita. Osim toga, preostala mala količina Ag koja ne tvori Li-Ag leguru sudjeluje u reakciji čvrste otopine s Li, što ublažava neravnomjeran rast litija. Sastavljena potpuno solid-state baterija pokazala je zadržavanje kapaciteta od 94,3% tijekom 140 ciklusa, a također je mogla stabilno kružiti pri visokoj stopi od 12 C. Istraživanje Katoa i sur. otkrili su da umetanje Au filma na Li/Li3PS4 sučelje elektrolita može spriječiti stvaranje šupljina nakon početnog otapanja litija i povećati mjesta taloženja Li, što pomaže u poboljšanju reverzibilnosti baterije. Osim toga, otapanje Au filma u metalni litij može biti razlog za poboljšanje elektrokemijske izvedbe sučelja negativne elektrode. Li-simetrične ćelije s Au filmom umetnutim na Li/Li3PS4 sučelje mogu stabilno raditi pri visokoj gustoći struje (1,3 mA·cm-2) i kapacitetu velike površine (6,5 mA·h·cm-2 ) bez kratkog spoja. Sastavljena Li/Au/Li3PS4/LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 potpuno solid-state baterija ima vijek ciklusa više od 200 puta pri visokoj gustoći struje od 2,4 mA·cm-2.

Silicijska anoda

Silicij se smatra jednim od anodnih materijala koji najviše obećava zbog svog ultra-visokog teorijskog specifičnog kapaciteta (4200 mA·h·g-1), velikih rezervi, niske cijene, ekološke prihvatljivosti, netoksičnost i nizak radni potencijal od 0,4 V. Istraživanja o primjeni Si anoda u tekućim litij-ionskim baterijama razvijaju se više od trideset godina i još uvijek su vrlo popularna. Nedavno, kako su potpuno krute litijeve baterije ušle u polje istraživanja energije, počeo je rad na pretvorbi dobro razvijene silicijske tehnologije iz tekućih litij-ionskih baterijskih sustava u potpuno krute baterijske sustave. Međutim, u usporedbi s istraživanjem o razvoju silicijskih anoda velikog kapaciteta za tekuće litij-ionske baterije, iako postoji nekoliko izvješća o primjeni silicijskih anoda temeljenih na sulfidnim potpuno čvrstim baterijama, prikazani rezultati još uvijek su prilično važni. Međutim, Si anoda ima nisku elektronsku vodljivost (1,56×10-3 S·m-1), nizak koeficijent difuzije litijevih iona (10-14-10-13 cm2·S-1) i veliki proširenje volumena (Li4.4Si je oko 360%) i drugi nedostaci, koji ograničavaju njegovu primjenu. Razlog zašto Si negativna elektroda ne radi u bateriji općenito je zbog velike ekspanzije Silicija tijekom procesa litijacije/delitacije, što uzrokuje stvaranje praha, pucanje i veliki stres, te proizvodi niz ozbiljnih destruktivnih posljedica. Na primjer: (1) Pogoršanje strukturnog integriteta elektrode zbog opetovanog drobljenja tijekom pražnjenja/punjenja. (2) Prekid veze između elektrode i kolektora struje uzrokovan naprezanjem na površini. (3) Litijevi ioni kontinuirano se troše tijekom kontinuiranog procesa formiranja-razaranja-reformacije SEI sloja.

Trenutno, uobičajeno korištene metode za optimizaciju silicijskih anoda za potpuno krute litijeve baterije uključuju kontrolu veličine (nano-silicij), strukturni dizajn, tankoslojne anode, legiranje, primjenu pritiska, kompozitne anode s naprednim vezivima/vodljivim materijalima (kao što je Si -C anode), itd. Sakabe et al. koristio je magnetronsko raspršivanje za pripremu neporoznih i poroznih amorfnih silicijskih anoda i kombinirao ih s elektrolitom 80Li2S·20P2S5 za provođenje testova sposobnosti ciklusa. Nakon 100 ciklusa, film od neporoznog amorfnog silicija debljine 3,00 µm pokazao je samo oko 47% kapaciteta u odnosu na 10. ciklus. Film poroznog amorfnog silicija od 4,73 µm pokazuje kapacitet litiranja čak do 3000 mA·h·g-1. Nakon 100 ciklusa, stopa zadržavanja kapaciteta u usporedbi s 10. ciklusom prelazi 93%. To pokazuje da porozna struktura može učinkovito poboljšati stabilnost ciklusa baterije. Okuno i sur. primijenili su kompozitnu anodu od poroznog silicija na potpuno krutu bateriju s Li3PS4 elektrolitom i pokazali visoku stopu zadržavanja kapaciteta od više od 90% u 100 ciklusa. To je zato što pore u česticama silicija rješavaju ogromne promjene volumena tijekom litiranja i delitiranja, poboljšavajući stabilnost ciklusa. Nasuprot tome, ciklusna stabilnost komercijalnih neporoznih silicijskih anoda je loša, a stopa zadržavanja kapaciteta u 100 ciklusa je samo 20% ili čak niža. Poetke i sur. izvijestio je da su silicij-ugljik kompozitni void nanomaterijali korišteni kao negativne elektrode za potpuno čvrste litij-ionske baterije i da su uspješno primijenjeni na Si-C|Li6PS5Cl|NCM pune baterije. Nanostrukturirani Si-C kompozit korišten u studiji pruža jaz između nanočestica silicija (SiNP) i vanjske ugljične ljuske. Karbonska ljuska može učinkovito kompenzirati promjene volumena silicija, poboljšavajući elektrokemijske performanse u usporedbi s golim SiNP-ovima.

Posljednjih je godina akademska zajednica opetovano postigla napredak u istraživanju anoda od čistog silicija. U 2020, Cangaz et al. objavio je stupnu silicijsku anodu pripremljenu PVD postupkom i kombiniranu s Li6PS5Cl elektrolitom i LiNi0.9Co{{90}}.05Mn0,05O2 katodom za pripremu potpuno solid-state baterija visokog specifičnog kapaciteta (210 mA·h·g-1). Stubasta silicijska anoda je imala stabilne cikluse više od 100 puta pod velikim opterećenjem od 3,5 mA·h·cm-2, s Coulombic učinkovitošću od čak 99,7%~99,9%. Tijekom ciklusa stupna silicijska struktura pokazuje jednodimenzionalni učinak disanja sličan litijskoj anodi u okomitom smjeru. Ovo jednodimenzionalno disanje može se kompenzirati unutarnjom poroznošću stupčaste silikonske strukture i vanjskim pritiskom u nizu, tvoreći stabilan dvodimenzionalni SEI. U isto vrijeme, tlak u dimnjaku (20 MPa) također suzbija raslojavanje stupastog silicija i kolektora struje. U usporedbi s metalnim litijevim anodama, ova stupna silicijska anoda eliminira rizik od litijevih dendrita, kratkih spojeva i mrtvog gubitka litija. Godine 2021. Tan i sur. objavio je 99,9,9% (mase) komercijalnu mikronsku anodu čistog silicija Si (μ-Si). Kontaktno područje međusklopa između negativne elektrode i Li6PS5Cl elektrolita je dvodimenzionalna ravnina, čak i ako dođe do ekspanzije volumena tijekom punjenja i pražnjenja. Međutim, dvodimenzionalna ravnina je još uvijek zadržana i nije formirano novo sučelje. Li-Si legura koju stvara litirana μ-Si negativna elektroda ima jedinstvena kemijska i mehanička svojstva, što povećava kontaktnu površinu između negativne elektrode i elektrolita [Slika 8(a)]. Potpuno čvrsta litijeva baterija sastavljena od μ-Si, Li6PS5Cl elektrolita i NCM811 može stabilno raditi unutar visoke površinske gustoće struje (5 mA·cm-2) i širokog temperaturnog raspona (-20~ 80 stupnjeva). Ima stopu zadržavanja kapaciteta od 80% nakon 500 stabilnih ciklusa i prosječnu kulonovsku učinkovitost od 99,95% [Slika 8(b)], što je najbolja izvedba mikro-silicijskih potpuno solid-state baterija prijavljenih do sada. Vrijedno je spomenuti da μ-Si anoda prolazi cikluse visoke gustoće struje bez vodljivih ugljikovih materijala, učinkovito potiskujući razgradnju sulfidnog elektrolita. Pruža nove ideje o štetnim učincima ugljika u Si-C kompozitnim elektrodama u konvencionalnom načinu razmišljanja. Godine 2022. Cao i sur. pripremio je kompozitnu negativnu elektrodu sastavljenu od čestica nano-silicija (nm-Si), vodljivog ugljika i Li6PS5Cl mljevenjem s kuglicom. Kompozitna negativna elektroda ima dobru elektronsku i ionsku vodljivost iznutra, što može učinkovito smanjiti lokalnu gustoću struje i spriječiti stvaranje litijevih dendrita na površini negativne elektrode. Kombiniran je s monokristalnim NMC811 katodnim materijalom obloženim sol-gel metodom. Upotrebom Li6PS5Cl filma debljine 47 μm kao elektrolita, dobivena je litijeva baterija u potpunom stanju s gustoćom energije do 285 W·h·kg-1. Puna baterija postigla je visok kapacitet od 145 mA·h·g-1 pri C/3 za 1000 stabilnih ciklusa. Kompozitna silicijska anoda pokazuje izglede za proizvodnju velikih razmjera, značajno smanjuje troškove i daje smjer za komercijalizaciju potpuno solid-state litijevih baterija. Za razliku od Tanovog koncepta dizajna negativne elektrode, ova kompozitna negativna elektroda ne samo da dodaje elektrolit, već dodaje i ugljikov vodljivi agens. Razlog je taj što u usporedbi s μ-Si, nm-Si ima veću površinu, ima više granica u silicijskoj anodi, a na površini nm-Si obično postoji sloj SiO. Stoga je električna vodljivost općenito 3 reda veličine niža od one μ-Si, što otežava vodljivost elektrona tijekom punjenja i pražnjenja. Eksperimenti pokazuju da se tijekom procesa uklanjanja litija s ove nm-Si anode elektrolit samo malo raspada i ne stvaraju se litijevi dendriti. Na temelju gornjeg sustava, Cao et al. predložio arhitekturu baterije s bipolarnim dizajnom snopa. Pojedinačne ćelije spojene su u seriju preko kolektora struje kako bi se smanjila upotreba neaktivnih materijala, čime se postiže veća gustoća energije. Točnije, dvoslojna litijeva baterija u čvrstom stanju izrađena od monokristala LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2, Li6PS5Cl i nm-Si koji su stabilni na sučelju, služe kao pozitivna elektroda, elektrolit i negativna elektroda, respektivno, pružajući visoki napon od 8,2 V. Gustoća energije na razini baterije je 204 W·h·kg-1, što je više od 189 W·h·kg-1 jedne baterije. Ovaj bipolarni naslagani dizajn ima dobar referentni značaj za cjelokupno polje potpuno solid-state baterija.

Slika 8 Karakterizacija međufaze i ciklička izvedba između µ-Si anode i Li6PS5Cl u ASSLB-ovima

Tablica 1 sažima rješenja za sučelje čvrsti sulfidni elektrolit/anoda i odgovarajuće prednosti i nedostatke.

Tablica 1 Rješavanje strategija problema međufaze između anoda i elektrolita u čvrstom stanju na bazi sulfida

Ostale anode

Negativna elektroda od srebrnog ugljika

Lee i sur. izvijestio o dizajnu baterije u potpunom stanju pomoću međusloja srebro-ugljik (Ag/C) [Slika 9(a)]. Ova konstrukcija međusloja učinkovito regulira proces taloženja litija, a vrlo reverzibilno taloženje litija i pojava skidanja opažene su između sloja Ag/C i kolektora struje. Među njima, C se koristi za odvajanje elektrolita Li6PS5Cl od taloženog metalnog litija, čime se ne samo izbjegava redukcija elektrolita, već se također sprječava stvaranje litijevih dendrita. Ag može smanjiti energiju nukleacije metalnog litija da bi se stvorila Ag-Li legura. Dio Ag prelazi na površinu kolektora struje kako bi formirao čvrstu otopinu s metalnim litijem, potičući ravnomjerno taloženje litija. Nakon pražnjenja, sloj metalnog litija se potpuno otopi, dok Ag ostaje između kolektora struje i sloja Ag-C. Ovaj dizajn može prilagoditi promjenu volumena metalnog litija tijekom ciklusa, smanjiti lokalnu gustoću struje litijeve anode i poboljšati stabilnost ciklusa. Kao što je prikazano na slici 9(b), sastavljena vrećica baterija (0.6 A·h) pokazuje visoku gustoću energije (veću od 900 W·h·L-1) na 60 stupnjeva. Stabilna kulonova učinkovitost koja prelazi 99,8%. Dug ciklus ciklusa (1000 ciklusa). Pruža nove ideje za komercijalnu primjenu potpuno čvrstih litijevih baterija.

Slika 9. Struktura i ciklička izvedba za ASSLB na bazi sulfida koja se koristi Ag-C anodom

Grafit

Među raznim interkaliranim anodnim materijalima za litij-ionske baterije, grafit je komercijalno najuspješniji materijal zbog niske cijene, velikih rezervi i dugog vijeka trajanja. Međutim, u području potpuno solid-state baterija, grafit nije postao fokus odabira materijala negativne elektrode zbog svog ograničenog teorijskog kapaciteta. U prvim izvješćima, grafit se često koristio kao anodni materijal za novo sintetizirane čvrste sulfidne elektrolite. Kasnije istraživanje usmjereno je na osnovni radni mehanizam grafita u sulfidnim ASSLB-ovima kako bi se optimizirao dizajn i proizvodnja elektroda. Grafit se često koristi kao okvir za visokoenergetske anodne materijale u novijim istraživanjima, osiguravajući strukturni integritet i električnu vodljivost. Međutim, druge trenutne negativne elektrode kao što su litij i silicij i dalje imaju probleme kao što su visoka cijena, velika brzina ekspanzije volumena i nestabilan ciklus. Stoga grafit, kao materijal s niskom cijenom, velikim rezervama, visokim stupnjem komercijalizacije i visokom stabilnošću, može igrati važnu ulogu u razvoju procesa potpuno solid-state baterija u ranim fazama. Potrebno je kontinuirano optimizirati raspoloživi kapacitet grafita.

Predtretman kolektora struje

Litij-ionske baterije bez anode sastavljaju kolektor struje izravno s baterijom bez dodavanja viška litija, pri čemu metalni litij nastaje redukcijom litijevih iona na kolektoru struje iz potpuno litirane katodne ploče tijekom prvog ciklusa punjenja. Ovaj koncept je opsežno proučavan u području litij-ionskih baterija, a neki su timovi proširili ovaj dizajn na potpuno čvrste litijeve baterije. Gu et al. urezao površinu kolektora struje od nehrđajućeg čelika (SSCC) u različitim stupnjevima, uskladio ga s čvrstim elektrolitom Li5.5PS4.5Cl1.5 i proveo elektrostatsko cikliranje korištenjem asimetrične konfiguracije baterije (litijeva folija|folija od nehrđajućeg čelika). Eksperimentalni rezultati pokazuju da različite SSCC hrapavosti imaju veći utjecaj na performanse baterije. Potpuno solid-state baterije sastavljene sa SSCC-ima s hrapavošću od 180 nm imaju bolje performanse elektrokemijskog ciklusa od baterija s hrapavosti od samo 20 nm. To je zbog hrapave površine koja povećava kontaktne točke između elektrolita i kolektora struje, pružajući više reakcijskih točaka i dopuštajući ravnomjerno taloženje litija na sučelju. Međutim, kada hrapavost površine prijeđe 500 nm, jako hrapava površina uzrokuje da litijevi ioni jedva dosegnu ograničene kontaktne točke na ugraviranom dnu kolektora struje. To smanjuje taloženje litija i pokazuje lošiju izvedbu. Ovaj fenomen se ne događa u tekućim baterijama. To pokazuje da je interakcija između krutog elektrolita i kolektora struje značajno drugačija od interakcije tekućeg elektrolita. Potrebno je dodatno istražiti osnovni radni mehanizam i karakteristike prije nego što se može izvesti dizajn kolektora struje za krutu bateriju bez negativnih elektroda.

Sažetak i izgledi

S pojavom LGPS-a s visokom ionskom vodljivošću, istraživanja sulfidnih litij-ionskih baterija u potpunom stanju uvelike su se povećala. Među njima, izbor anodnih materijala i rješavanje problema sučelja postali su jedan od fokusa istraživanja. Mnogi znanstvenici sveobuhvatno su saželi napredak istraživanja na sučelju litijeva anoda/sulfidni elektrolit. Ovaj članak daje sustavan pregled glavnih anodnih materijala za litijeve baterije u čvrstom stanju temeljene na sulfidnim elektrolitima, kao što su metalni litij, litijeve legure i silicijske anode. Predložen je problem sučelja između litijeve anode i sulfidnog elektrolita i sažete su zajedničke strategije za poboljšanje svojstava sučelja. Trenutačno su litij-ionske baterije u potpunom stanju još uvijek daleko od komercijalne primjene i nedostaju im potpuna osnovna teorijska istraživanja i tehnička podrška. Stoga se u budućim istraživanjima još treba obratiti pozornost na sljedeća pitanja.

(1) Anode od litijeve legure imaju izvrstan kapacitet skladištenja litija i stabilnije performanse te su pokazale veliki potencijal u rješavanju rasta dendrita litijeve anode i kratkog spoja, postižući visoku gustoću energije i dugoročno stabilne litijeve baterije u čvrstom stanju. U području potpuno krutih baterija, zbog kontaktnih karakteristika čvrsto-krutog sučelja, može se riješiti problem ponovljenog SEI generiranja uzrokovanog reakcijom legura i tekućih elektrolita. Kako bi se bolje primijenile anode od legura, potrebno je izvršiti osnovni i primijenjeni rad kako bi se povećalo razumijevanje kemije, elektrokemije, mehaničkih svojstava i radnog mehanizma anoda od legura u baterijama čvrstog stanja, kako bi se zadovoljila potražnja za visokom kapacitet, dugotrajno stabilne solid-state baterije. .

(2) Silicijske anode mogu maksimalno povećati gustoću energije litij-ionskih baterija u čvrstom stanju. Međutim, budući da silicij ima nisku elektronsku vodljivost, obično korišteni ugljični vodljivi agensi ubrzat će razgradnju sulfidnih elektrolita. Kako regulirati parametre sastava silicijske anode tako da ne utječe na vodljivi put elektrode niti uzrokuje razgradnju sulfidnog elektrolita veliki je izazov s kojim se suočava proces pripreme silicijske anode. To je također tehnička prepreka za široku industrijalizaciju silicijevih anoda u sulfidnim baterijama čvrstog stanja.

(3) Problemima malih rezervi i visokoj cijeni metalnog litija također treba posvetiti pozornost u stvarnim komercijalnim primjenama. Iako je metalna litijeva anoda korisna za proces nanošenja litijskog platna, ona nije nužna komponenta za postizanje elektrokemijske reakcije nanošenja litijskog platna. Uvjeti uporabe metalnog litija izuzetno su surovi, a masovna proizvodnja litijevih baterija donijet će ogromne sigurnosne rizike. Stoga, kako bi se smanjili troškovi, poboljšala sigurnost i postigla konačna komercijalizacija, razvoj potpuno solid-state litijevih baterija bez litijevih anoda je smjer istraživanja. Na primjer, istraživanje Ag-C kompozitne elektrode daje dobru ideju za sljedeći rad. Osim toga, osnovni radni mehanizam i karakteristike kolektora struje također trebaju daljnja istraživanja kako bi se ciljano prethodno obradili kolektori struje kako bi se dobile krute baterije visokih performansi bez negativnih elektroda.

Razvoj materijala za negativne elektrode u području potpuno solid-state baterija još uvijek ima dug put. S produbljivanjem istraživanja, potpuno solid-state baterije temeljene na visokoenergetskim negativnim elektrodama definitivno će pokazati svoje jedinstvene prednosti u području sekundarnih baterija.