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研究人員探討電極材料對(duì)電池性能和壽命的影響

時(shí)間:2023-08-20 18:01來(lái)源:蓋世汽車 作者:Elisha
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    通過(guò)電解質(zhì)在兩個(gè)電極之間移動(dòng)帶電離子，電池可以儲(chǔ)存和釋放能量。當(dāng)使用電池時(shí)，每個(gè)電極表面會(huì)形成薄的分子層，稱為固態(tài)電解質(zhì)界面層（SEI）.
 
    在鋰離子電池和鈉離子電池中，由于機(jī)械不穩(wěn)定和形成反應(yīng)性SEI，電極/電解質(zhì)界面處的氧化還原過(guò)程的可逆性不足。穩(wěn)定且富含無(wú)機(jī)物的SEI可以阻隔電子轉(zhuǎn)移，只允許某些離子通過(guò)，從而可以支持超出電解質(zhì)電化學(xué)極限的可逆循環(huán)。
 
    在高溫（大于100°C）下，在電化學(xué)電池中使用無(wú)機(jī)熔鹽電解質(zhì)，能夠提供穩(wěn)定的循環(huán)性能。然而，日常電池應(yīng)用依賴于含有金屬鹽和有機(jī)溶劑的電解質(zhì)。這種混合物會(huì)在帶電界面引發(fā)競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)，導(dǎo)致電解質(zhì)持續(xù)消耗和金屬不均勻沉積，即金屬電極上形成枝晶，從而引起電池退化，甚至帶來(lái)安全風(fēng)險(xiǎn)。
 
    為了優(yōu)化SEI化學(xué)和結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)可逆電荷傳輸，最實(shí)用可擴(kuò)展的方法之一是共同選擇電解質(zhì)化學(xué)和形成方案（即具有特定電流/電壓條件的初始循環(huán)條件）。同時(shí)，在這一過(guò)程中，電極材料能夠?qū)EI形成的初始階段產(chǎn)生固有影響，但其重要性被明顯低估。
 
    據(jù)外媒報(bào)道，為了彌補(bǔ)這一信息空白，迪肯大學(xué)（Deakin）和莫納什大學(xué)（Monash）的研究人員探討電極的物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)在離子液體和碳酸基鈉電解質(zhì)中形成SEI機(jī)制的影響。
 
    結(jié)合利用實(shí)驗(yàn)和理論工具，研究人員證明了電解質(zhì)-電極界面的結(jié)構(gòu)和固體-電解質(zhì)界面的性質(zhì)，在很大程度上受到電極的極化性（其介電性質(zhì)）的影響，并且在帶電電極吸附電解質(zhì)物質(zhì)的能力的背景下解釋了這些現(xiàn)象。
 
    具體來(lái)說(shuō)，具有弱范德華力（van der Waals forces）的非金屬電極會(huì)受到靜電斥力，防止高極性溶劑或離子積聚（這些溶劑或離子攜帶的電荷與電極的電荷相同）。這會(huì)影響在帶電電極附近與有機(jī)溶劑形成Na-陰離子絡(luò)合物的濃度。因此，根據(jù)所施加的充電條件，形成的界面化學(xué)也不同。這會(huì)導(dǎo)致形成不同的界面化學(xué)，要么是溶劑衍生的，要么是陰離子衍生的。
 
    基于這一新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，以及對(duì)給定電解液中離子溶劑化結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，研究人員可以更合理地設(shè)計(jì)充電電池的智能循環(huán)方案。
 
    這項(xiàng)研究有助于設(shè)計(jì)更好的電池，以用于電動(dòng)汽車、可再生能源存儲(chǔ)或便攜式設(shè)備，以及開(kāi)發(fā)將電化學(xué)系統(tǒng)用于其他目的的新方法，例如制造化學(xué)品（電催化）或從廢棄物中回收金屬。
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
文章標(biāo)簽： 電池 電極材料
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