673886040@qq.com
Nije elektrolyt-additiv ferbettert prestaasjes fan lithiummetaalbatterijen
It tafoegjen fan in elektrolyt-additiv fersterke de oplaadsnelheid fan lithiummetaalbatterijen en resultearre yn nije ynsjoggen yn batterijgemy. Skiekundigen fan it Brookhaven National Laboratory fan it Amerikaanske ministearje fan enerzjy, mei as doel om batterijen foar elektryske auto's te ferbetterjen, hawwe in elektrolyt-addityf brûkt om de funksjonaliteit fan enerzjydichte lithiummetaalbatterijen te ferbetterjen. Troch it tafoegjen fan in ferbining neamd sesiumnitraat oan 'e elektrolyt dy't de anode en kathode fan' e batterij skiedt, hat it ûndersyksteam de oplaadsnelheid fan lithiummetaalbatterijen signifikant ferbettere, wylst se in lange libbenssyklus behâlde.
It nije wurk fan it team, koartlyn publisearre yn Nature Communications, is rjochte op de ynterfase - in beskermjende laach foarme op 'e anode en kathode fan' e batterij. Dizze laach, dy't degradaasje fan batterijelektroden foarkomt, is de kaai foar it meitsjen fan lithiummetaalbatterijen dy't safolle kearen kinne wurde opladen en ûntslein as lithium-ion-batterijen.
"Wy woenen it oplaadnivo fan 'e hjoeddeistige state-of-the-art lithiummetaalbatterijen ferbetterje," ferklearre Muhammad Mominur Rahman, in ûndersyksmeiwurker yn 'e Electrochemical Energy Storage Group fan 'e Chemistry Division yn Brookhaven en earste auteur op it nije papier . "Mar wy woenen ek de batterijen stabilisearje mei in mear beskermjende ynterfase, sadat se langer duorje."
Neist it suksesfol stabilisearjen fan 'e batterij, feroare Rahman's elektrolyt-additiv de batterijchemie op in ûnferwachte manier.
"De befiningen fan Mominur daagje konvinsjonele oertsjûgingen út oer de komponinten fan in effektive ynterfase," sei Enyuan Hu, Chemist Brookhaven en haadûndersiker binnen de Electrochemical Energy Storage Group. "Wy binne optein om te sjen hoe't dizze befiningen bydrage oan 'e grutte DOE-ynspanning rjochte op lithiummetaalbatterijen."
Ien stap nei in grutter doel
Hu en syn team wurkje ûnder oare batterij-eksperts as ûnderdiel fan it Battery500 Consortium, in gearwurking fan ferskate nasjonale laboratoaren en universiteiten. It Konsortium, dat wurdt laat troch DOE's Pacific Northwest National Laboratory, stribbet dernei om batterijen te meitsjen mei in enerzjytichtens fan 500 watt-oeren per kilogram - mear as dûbel de enerzjytichtens fan 'e hjoeddeistige moderne batterijen.
Dizze enerzjytichtens kin net berikt wurde yn 'e lithium-ion-batterijen dy't de measte fan' e hjoeddeistige batterij-oandreaune apparaten oandriuwe - ynklusyf tillefoans, televyzje-ôfstâns, en sels elektryske auto's. Dat, wittenskippers moasten har wende nei lithiummetaalbatterijen om har doelen te folgjen. Dizze batterijen hawwe in lithiummetaalanode, ynstee fan de grafytanode oanwêzich yn lithium-ionbatterijen.
"De lithium metalen batterij is oantreklik omdat it kin jaan twa kear de enerzjy tichtens fan in batterij mei in grafyt anode," ferklearre Rahman. "Mar d'r binne in protte útdagings om oan te pakken."
Brookhaven's meast resinte ûndersyk rjochtet ien fan dizze útdagings oan - it slaan fan in lykwicht tusken de oplaadsnelheid en it fytslibben.
De elektrolyt dy't typysk rappe batterijlading mooglik makket, is wierskynlik ek reaktyf mei de lithiummetaalanode. As dizze gemyske reaksjes uncontrollably trochgean, de elektrolyt decompose en ferleget de batterij syn syklus libben. Om foar te kommen dat dit bart, sette Brookhaven-chemici út om de ynterfase te yngenieurjen.
Eardere ûndersiken hawwe oanjûn dat de lithiummetaalanode stabilisearre wurde koe mei in sesium-additiv. Mar om de oplaadsnelheid te ferheegjen by it behâld fan it libben fan 'e batterijsyklus, moatte de anode en kathode tagelyk stabilisearre wurde. De Brookhaven-wittenskippers leauden dat sesiumnitraat dit doel koe tsjinje foar lithiummetaalbatterijen. Sa't se hiene hypoteze, sammele de positive cesium ion op 'e negatyf opladen lithium metalen anode kant fan' e batterij, wylst de negative nitrate ion sammele op 'e posityf opladen kathode.
Om better te begripen hoe't it tafoeging fan cesiumnitraat de elektrolytkomposysje en batterijprestaasjes beynfloede, brochten de skiekundigen de nije batterijen nei de National Synchrotron Light Source II (NSLS-II), in DOE Office of Science brûkersfoarsjenning by Brookhaven Lab.
