研究人員探討電極材料對電池性能和壽命的影響

時間:2023-08-20 18:01來源:蓋世汽車 作者:Elisha
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    通過電解質(zhì)在兩個電極之間移動帶電離子，電池可以儲存和釋放能量。當使用電池時，每個電極表面會形成薄的分子層，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，由于機械不穩(wěn)定和形成反應性SEI，電極/電解質(zhì)界面處的氧化還原過程的可逆性不足。穩(wěn)定且富含無機物的SEI可以阻隔電子轉(zhuǎn)移，只允許某些離子通過，從而可以支持超出電解質(zhì)電化學極限的可逆循環(huán)。
 
    在高溫（大于100°C）下，在電化學電池中使用無機熔鹽電解質(zhì)，能夠提供穩(wěn)定的循環(huán)性能。然而，日常電池應用依賴于含有金屬鹽和有機溶劑的電解質(zhì)。這種混合物會在帶電界面引發(fā)競爭反應，導致電解質(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，甚至帶來安全風險。
 
    為了優(yōu)化SEI化學和結構以實現(xiàn)可逆電荷傳輸，最實用可擴展的方法之一是共同選擇電解質(zhì)化學和形成方案（即具有特定電流/電壓條件的初始循環(huán)條件）。同時，在這一過程中，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)外媒報道，為了彌補這一信息空白，迪肯大學（Deakin）和莫納什大學（Monash）的研究人員探討電極的物理化學性質(zhì)對在離子液體和碳酸基鈉電解質(zhì)中形成SEI機制的影響。
 
    結合利用實驗和理論工具，研究人員證明了電解質(zhì)-電極界面的結構和固體-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。
 
    具體來說，具有弱范德華力（van der Waals forces）的非金屬電極會受到靜電斥力，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）。這會影響在帶電電極附近與有機溶劑形成Na-陰離子絡合物的濃度。因此，根據(jù)所施加的充電條件，形成的界面化學也不同。這會導致形成不同的界面化學，要么是溶劑衍生的，要么是陰離子衍生的。
 
    基于這一新的科學發(fā)現(xiàn)，以及對給定電解液中離子溶劑化結構的認識，研究人員可以更合理地設計充電電池的智能循環(huán)方案。
 
    這項研究有助于設計更好的電池，以用于電動汽車、可再生能源存儲或便攜式設備，以及開發(fā)將電化學系統(tǒng)用于其他目的的新方法，例如制造化學品（電催化）或從廢棄物中回收金屬。
 
(責任編輯：子蕊)
文章標簽： 電池 電極材料
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