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破解鋰離子電池SEI化學(xué)成分 可開辟電池技術(shù)新道路

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:617次  |  2022年08月02日  

雖然鋰離子電池已經(jīng)是當(dāng)今儲(chǔ)能主流,但是其充放電的分子與原子基礎(chǔ)科學(xué)至今還是個(gè)謎。


而根據(jù)美國(guó)能源部阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在《NatureCatalysis》研究指出,研究團(tuán)隊(duì)已突破性地得出電極與液態(tài)電解質(zhì)之間的固體電解質(zhì)界面(solid-electrolyteinterphase,SEI)化學(xué)成分。阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室材料科學(xué)部門(MSD)化學(xué)工程師DusanStrmcnik表示,這將有助于提高團(tuán)隊(duì)對(duì)電池壽命的預(yù)測(cè)能力,而這對(duì)電動(dòng)車制造廠商至關(guān)重要。


長(zhǎng)久以來(lái)科學(xué)家都致力于破解鋰離子電池SEI,但只知道電池充電時(shí)形成會(huì)形成SEI,在石墨電極上產(chǎn)生千分之毫米厚的薄膜,而該薄膜可保護(hù)界面發(fā)生有害反應(yīng),同時(shí)讓鋰離子在電極跟電解質(zhì)之間穿梭,因此對(duì)于鋰離子電池來(lái)說(shuō),性能良好的SEI為必要條件。Strmcnik指出,電池效率與壽命取決于SEI品質(zhì),假如科學(xué)家可以找出其化學(xué)性質(zhì)與獨(dú)立成分規(guī)則,即可借由SEI提升電池效率。


因此阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室與丹麥哥本哈根大學(xué)、德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)和BMW集團(tuán)的組成國(guó)際研究團(tuán)隊(duì),并成功解開鋰離子電池SEI常見化學(xué)物質(zhì)氟化鋰(lithiumfluoride)。


實(shí)驗(yàn)和計(jì)算結(jié)果指出,電池充電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生氟化氫(hydrogenfluoride)電化學(xué)反應(yīng),從電解質(zhì)轉(zhuǎn)變成固態(tài)氟化鋰并生成氫氣,這類反應(yīng)高度依賴石墨、石墨烯和金屬等電極材料,證明電池催化劑的重要性。

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充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

該團(tuán)隊(duì)也同時(shí)研發(fā)新型檢測(cè)氟化氫濃度方式,由于氟化氫是由濕氣與鋰鹽(LiPF6)形成的有害物質(zhì),該檢測(cè)方法在SEI未來(lái)科學(xué)研究居關(guān)鍵地位。研究員NenadMarkovic表示,該研究日后將在BMW電池研發(fā)中心測(cè)試,研究下一步則是計(jì)劃設(shè)計(jì)全新鋰離子電池技術(shù),為當(dāng)今鋰離子電池開辟另一條道路。

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