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陽極內(nèi)"死亡區(qū)"的發(fā)現(xiàn),或能讓高密度硅電池成為現(xiàn)實(shí)!

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:370次  |  2023年02月28日  

美國科學(xué)家在研究鋰電池的硅陽極時,成功模擬了導(dǎo)致陽極性能急速下降的關(guān)鍵機(jī)制??茖W(xué)家表示,了解導(dǎo)致硅膨脹并隨后分解的原因,是防止這種情況的重要步驟,也是生產(chǎn)長效、高容量電池的重要步驟。


目前在研究的很多改進(jìn)的儲能技術(shù)中,用硅取代石墨是最突出的,因?yàn)楣栌斜仁鄡Υ?0倍能量的潛力。


近年來,對硅陽極的研究已經(jīng)取得了很多進(jìn)展,一些公司正在向商業(yè)化和大規(guī)模生產(chǎn)邁進(jìn)。然而,要實(shí)現(xiàn)硅在能源儲存方面的潛力,在研究階段仍有挑戰(zhàn)和大量工作要做。


重要的挑戰(zhàn)是,當(dāng)鋰離子進(jìn)入該材料時,該材料往往會膨脹。最終,這將導(dǎo)致陽極開裂、剝落或以其他方式分崩離析,而且無法恢復(fù)其原始結(jié)構(gòu)。對此提出的很多解決方法,在陽極上涂層,使用多孔硅等,已經(jīng)顯示出積極的效果。


然而,到目前為止,很少有研究人員深入研究電池循環(huán)過程中陽極內(nèi)部的工作機(jī)制,而且關(guān)于在原子層面上到底發(fā)生了什么也存在分歧。美國太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)室(PNNL)的科學(xué)家王崇民說:"很多人都想象過可能發(fā)生的情況,但之前沒有人真正證明過。"

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充電溫度:0~45℃
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-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

美國太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)室的研究小組將改變這一現(xiàn)狀,他們將兩種復(fù)雜的成像技術(shù),敏感元素?cái)鄬訏呙韬偷蜏貟呙柰干潆娮语@微鏡,和一種先進(jìn)的算法相結(jié)合,觀察這一過程的運(yùn)行情況,發(fā)現(xiàn)鋰陽極實(shí)際上是向硅結(jié)構(gòu)推進(jìn),然后回流,在結(jié)構(gòu)中留下巨大的空隙。這些空隙隨后被硅內(nèi)部的固體電解質(zhì)的發(fā)展所填補(bǔ),在陽極內(nèi)形成"死亡區(qū)",迅速新增到重大容量損失。


王崇民表示:"這項(xiàng)工作為開發(fā)硅作為高容量電池的陽極供應(yīng)了一個清晰的路線圖。"該小組總結(jié)說,改進(jìn)硅陽極的最有效方法是集中于防止或限制電解質(zhì)滲透到陽極。

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