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重大突破!新材料組合創(chuàng)造高能量密度鋰電池,1000 次循環(huán)后容量為 88%

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1030次  |  2022年09月05日  

目前,鋰離子電池是移動(dòng)電源最流行的解決方案。然而,在某些應(yīng)用中,它達(dá)到了極限。這尤其適用于電動(dòng)汽車,其中需要具有大范圍的輕巧緊湊的車輛。鋰金屬電池可能是另一種選擇。它們的特點(diǎn)是能量密度高,這意味著它們每質(zhì)量或體積存儲(chǔ)大量能量。盡管如此,穩(wěn)定性仍然是一個(gè)問題,因?yàn)殡姌O材料會(huì)與傳統(tǒng)的電解質(zhì)系統(tǒng)發(fā)生反應(yīng)。


追求高能量密度尤其是500Whkg-1以上的下一代鋰電池已成為全球研究熱點(diǎn)。然而,在高壓下陽(yáng)極或陰極與電解質(zhì)之間不穩(wěn)定的界面限制了能量密度的提升。


由于電解質(zhì)是陰極和陽(yáng)極的唯一共享組件,因此電解質(zhì)工程成為同時(shí)穩(wěn)定陰極和陽(yáng)極上的電極/電解質(zhì)界面的常見且簡(jiǎn)便的策略。


卡爾斯魯厄理工學(xué)院(KIT)和赫爾姆霍茨研究所烏爾姆電化學(xué)儲(chǔ)能(HIU)的研究人員現(xiàn)已找到了解決方案。正如Joule報(bào)道的那樣,他們使用了一種很有前途的新材料組合。貧鈷、富鎳的層狀陰極(NCM88)達(dá)到了高能量密度。使用通常應(yīng)用的市售有機(jī)電解質(zhì)(LP30)然而,穩(wěn)定性還有很多不足之處。存儲(chǔ)容量隨著循環(huán)次數(shù)的增加而降低。HIU主任兼電池組電化學(xué)負(fù)責(zé)人StefanoPasserini教授解釋了原因,在電解質(zhì)LP30中,粒子在陰極上開裂。在這些裂縫內(nèi),電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)并破壞結(jié)構(gòu)。此外,厚厚的苔蘚在陽(yáng)極上形成含鋰層。出于這個(gè)原因,科學(xué)家們使用了一種非揮發(fā)性、難燃性、雙陰離子離子液體電解質(zhì)(ILE)。在ILE的幫助下,可以顯著減少對(duì)富鎳陰極的結(jié)構(gòu)修改,HIU電池組電化學(xué)組的Guk-TaeKim博士說。


1000次循環(huán)后容量為88%

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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%

結(jié)果:基于活性材料的總重量,帶有NCM88正極和ILE電解質(zhì)的鋰金屬電池達(dá)到了560瓦時(shí)/千克(Wh/kg)的能量密度。其初始存儲(chǔ)容量為每克正極材料214毫安時(shí)(mAhg-1)。1000次循環(huán)后,保留了88%的容量。平均庫(kù)侖效率,即放電容量與充電容量之比,為99.94%。


這種新穎的電解質(zhì)工程策略可能為未來(lái)高能鋰金屬電池固體犧牲添加劑的設(shè)計(jì)和使用研究鋪平道路。由于電池具有高安全性,研究人員朝著碳中和移動(dòng)邁出了重要一步。

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