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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在鋰離子電池和鈉離子電池中，由于機械不穩定和形成反應性SEI，電極/電解質界面處的氧化還原過程的可逆性不足。穩定且富含無機物的SEI可以阻隔電子轉移，只允許某些離子通過，從而可以支持超出電解質電化學極限的可逆循環。
在高溫（大于100°C）下，在電化學電池中使用無機熔鹽電解質，能夠提供穩定的循環性能。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。這種混合物會在帶電界面引發競爭反應，導致電解質持續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。
為了優化SEI化學和結構以實現可逆電荷傳輸，最實用可擴展的方法之一是共同選擇電解質化學和形成方案（即具有特定電流/電壓條件的初始循環條件）。同時，在這一過程中，電極材料能夠對SEI形成的初始階段產生固有影響，但其重要性被明顯低估。
據外媒報道，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對在離子液體和碳酸基鈉電解質中形成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-電極界面的結構和固體-電解質界面的性質，在很大程度上受到電極的極化性（其介電性質）的影響，并且在帶電電極吸附電解質物質的能力的背景下解釋了這些現象。
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現，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，以及開發將電化學系統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。
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