阿貢團隊開發新電解質 提升鋰離子大发最新在线网址中硅負極的性能
發布時間:2019-10-23 09:43:22

阿貢團隊開發新電解質 提升鋰離子大发最新在线网址中硅負極的性能

(圖源:阿貢官網)


據外媒報道,美國能源部阿貢國家實驗室的研究人員,開發出新型電解質混合物和一種簡單的添加劑,可以增加硅負極的表面和整體穩定性,有望應用于下一代鋰離子大发最新在线网址。


為了生產新一代鋰離子大发最新在线网址,數十年來,科學家們一直在尋找新型電極材料和電解質。他們的目標是提高大发最新在线网址的儲能能力,使其壽命更長,成本更低,也更安全。有了新一代大发最新在线网址,電動汽車有望進一步普及,并通過更加廉價可靠的儲能方式,加速電網向可再生能源擴張。


對科學家們來說,硅負極已成為取代當前石墨負極的首選材料。從理論上來說,硅具有明顯的儲能優勢,其鋰存儲量幾乎是石墨的10倍。而且,這種物質的成本低,更具商業吸引力。作為地殼中第二大元素,硅元素在計算和通信硬件中應用廣泛,已具備一系列加工技術。但是,阿貢化學科學與工程部門(CSE)的高級化學家Jack Vaughey指出,“硅負極的應用,仍然存在一定障礙。在循環過程中,鋰離子大发最新在线网址的硅基負極與電解液劇烈反應。長此以住,會導致大发最新在线网址退化,循環壽命縮短。”


目前,鋰離子大发最新在线网址電解液中的溶劑混合物,包括一種溶解的鋰鹽,以及有機添加劑(通常超過三種,至少一種)。阿貢的科學家們提出新策略,對電解液添加劑進行獨特設計,使少量的另外一種鹽中,含有一種二價或三價金屬陽離子,比如Mg2+、Ca2+、Zn2+或Al3+。這類增強型電解質混合物,統稱為“MESA”(mixed-salt electrolytes for silicon anodes,代表用于硅負極的混合鹽電解質),可以增加硅負極的表面和整體穩定性,改善長期循環和使用壽命。CSE部門化學技師Baris Key表示:“我們通過帶有標準商業化電極的完整大发最新在线网址,對MESA進行全面測試。這種新型化學物質結構簡單,具有可伸縮性,與現有大发最新在线网址技術完全兼容。”


Vaughey補充道,“在這個項目中,阿貢的大发最新在线网址分析、建模和原型(CAMP)設施,讓我們獲益匪淺,幫助我們解讀MESA的物質構成。”


同時,阿貢研究人員重點觀察MESA電解液的工作過程。在充電過程中,電解液中的金屬陽離子添加劑,隨著鋰離子遷移到硅基負極,形成鋰金屬硅相,比鋰硅相更穩定。在新型大发最新在线网址化學反應過程中,硅負極和電解液之間極少產生有害副作用。經過證明,在大发最新在线网址中測試的四種金屬鹽中,添加Mg2+或Ca2+的電解質鹽,在數百次充放電循環中效果最佳。這類大发最新在线网址的能量密度比同類石墨大发最新在线网址高出50%。


Key表示:“根據測試結果,我們完全有理由相信,這項發明將起到推動作用,使硅負極取代石墨,或者與石墨一起構成負極(濃度略超過石墨幾個百分點),并可能產生深遠的影響。”


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稿件來源: 蓋世汽車
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