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科学家发现锂电池衰退的原因_棋牌游戏app

发布时间:2020-08-25 03:53:02来源:棋牌游戏app官网编辑:棋牌游戏app官网阅读: 当前位置:首页 > 奇闻趣事 > 手机阅读

据外媒报导,由于储能密度低,金属氧化物、硫化物和氟化物等材料,是前景极佳的电动汽车锂离子电池电极材料。但是,它们的储能能力衰落迅速。日前,科学家们通过研究一种具有氧化铁电极的锂离子电池找到,电池充放电多达100次后产生的损耗,是由氧化锂累积和电解质分解成导致的。

研究过程中中用的氧化铁电极,由廉价有毒的磁铁矿做成。相比目前的电极材料,磁铁矿等切换型电极材料(即和锂再次发生反应时切换为全新产物),可以储存更好的能量,因为它们可以容纳更加多锂离子。

然而,这些材料的储能能力波动十分慢,并且依赖电流密度。例如,我们对磁铁矿的电化学测试表明,磁铁矿的容量在前10个高速充放电周期内急速上升。此项研究负责人、功能纳米材料中心(CFN)电子显微镜小组的领导DongSu回应。

CFN是设在布鲁克海文国家实验室内的美国能源部科学用户设施办公室。为了找到循环不稳定的原因,科学家们企图仔细观察,当电池已完成100次循环后,磁铁矿的晶体结构和化学性质变化情况。他们融合入射电子显微镜(TEM)和实时X射线吸收光谱(XAS),展开研究。TEM的电子束通过样本传输,产生特征物质的结构图像或散射图案,XAS利用X射线来观测材料的化学性质。

科学家们利用这些技术找到,第一次静电时,磁铁矿几乎分解成金属铁纳米颗粒和氧化锂。但在接下来的电池过程中,这种转化成反应并不是几乎共轭的,金属铁和氧化锂的残留物依然不存在。

此外,磁铁矿完整的尖晶石结构在电荷状态下进化为岩盐结构(在两种结构中,铁原子的方位并不完全相同)。在随后的充放电循环中,岩盐氧化铁与锂相互作用,构成氧化锂与金属铁纳米颗粒的填充物质。因为转化成反应不是几乎共轭的,这些瓦解产物不会渐渐累积一起。

科学家们还找到,电解质(使锂离子在两个电极之间流动的化学介质)在随后的循环中不会分解成。在研究结果的基础上,科学家们明确提出一种储能能力衰落的说明。CFN电子显微镜小组的科学家、联合首席作者SooyeonHwang说道,由于氧化锂的电子导电性较低,它的累积不会对在电池正负极之间来回的电子构成屏障,我们把它叫作内部腐蚀层。某种程度,电解质分解成也不会构成表面腐蚀层,妨碍离子传导。

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这些障碍积累一起,妨碍电子和锂离子抵达再次发生电化学反应的活性电极材料。科学家们认为,在较低电流下运营电池,可以通过减缓电池速度,完全恢复部分容量为电子传输获取充足的时间;然而,要彻底解决这一问题,还必须其他方案。他们指出,在电极材料中加到其他元素和转变电解质,可以提高容量波动。

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