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电池还有一个隐藏层?揭示隐藏层秘密

【行业新闻】电池还有一个隐藏层?揭示隐藏层秘密
摘要:
   国际团队在理解锂离子电池中液体电解质与固体电极之间形成的微观薄层的化学方面取得了突破性进展。该结果被用于改善层和更好地预测电池寿命。

正文:

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    这表明了在氟化物(H2)释放的固体电解质界面(SEI)中,将氟化氢(HF)杂质从电解液转化为氟化锂(LiF)的反应机理。SEI层显示在金(Au)原子的基底上,这是一个简化的模型系统。科学家利用先进的计算方法(密度泛函理论和分子动力学模拟)确定了这一机制。
   自20世纪70年代商业化以来,锂离子电池是许多应用中的主要动力来源。它可以在手机、笔记本电脑和电动汽车中找到。然而,在充电和放电过程中原子和分子水平上发生的基础科学仍然是个谜。
  在一项发表在《自然催化》的新研究中,美国能源部(ARE)国家实验室的一个小组报告了在液体电解质和固体电极界面形成的微观薄层的化学方面的突破。电池研究人员通常将这一层称为“固体电解质界面”或SEI。
   过去几十年的许多科学工作一直致力于了解锂离子电池中的SEI。科学家知道,在石墨负极上形成的SEI非常薄(小于第一千毫米),并且在电池的第一次充电过程中主要成形。还公认的是SEI防止有害反应发生在界面上,同时允许重要的锂离子自由地在电解质和电极之间移动。
   所有好的锂离子电池都有良好的SEIS功能。正如材料科学部(MSD)的联合首席调查员和助理化学工程师Dusan Strmcnik所说,“电池性能高度依赖于SEI的质量。如果化学和SEI的各个组成部分的作用被理解,SEI可以被调谐以改善电池性能。
“更重要的是,这种理解将大大提高我们的电池寿命预测能力,这是非常高的价值,电动汽车制造商,”Strmcnik补充说。
  国际研究小组,其中包括哥本哈根大学的合作者,宝马集团,在典型的锂离子电池中,氟化锂中对SEI中更常见的成分之一的化学成分进行了破译。根据实验和计算结果,发现该相在氟化氢的电化学反应过程中形成电池电荷,产生氢气和固体氟化锂。
  该反应在很大程度上取决于电极材料,其可以是金属、石墨烯或石墨材料,因此证明了在电池操作中催化的重要性。该小组发现了一种监测氟化氢浓度的新方法,该氟化氢是由痕量水分与电解质中的盐(LiPF6)反应形成的高度有害的杂质。这种监测能力应该证明对未来SEI的基础科学研究至关重要。
   对于Argonne杰出研究员和共同首席研究员Nenad Markovic来说,这项研究的结果已经产生了商业影响。这项新的发现已经在宝马集团的电池电池能力中心的锂离子电池中实现。它们也将为现有的改进和新的锂离子技术的设计打开新的机会。
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