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《自然》子刊:电池关机耗电的问题,在下一代电池上恐怕会更严重

2021-03-24 09:20 前瞻网   

 

《自然》子刊:电池关机耗电的问题,在下一代电池上恐怕会更严重

日常生活中,电子设备上的锂离子电池即使不用,也会耗尽电量。在未来的锂金属电池上,这将是更大的问题。如今,科学家们首次在原子尺度上观察到了这种被称为“日历老化”的过程是如何攻击锂金属阳极或负极的。

研究于3月22日发表在《自然-能源》上,标题为“Corrosion of lithium metal anodes during calendar ageing and its microscopic origins”(锂金属阳极在日历老化过程中的腐蚀及其微观成因),通讯作者为斯坦福大学材料科学与工程系的Yi Cui。

首先,研究人员测量了含有各种电解质的锂金属电池的充电效率。随后,他们小心地拆下已经充满电的电池,静置1天后取出阳极,然后在液氮中快速冷冻,以保存在日历老化过程中特定节点的结构和化学性质。

接下来,他们用低温电子显微镜(cryo-EM)检查阳极,看看各种电解质是如何在接近原子尺度的条件下影响阳极的。

研究显示,在电极之间携带电荷的电解液性质,对老化有很大的影响。未来在开发能使电池性能最大化的电解液时,需要考虑到这一因素。

在锂离子电池中,电解液会腐蚀阳极表面,形成一层称为固体电解质界面层(SEI)。这一层物质有利有弊:它损耗了少量的电池容量,但也保护阳极免受进一步的腐蚀。因此,一个平滑、稳定的SEI层有利于电池的正常工作。

但在锂金属电池中,每次电池充电时,阳极表面都会沉积一层薄薄的锂金属,这层锂金属为电池老化过程中的腐蚀提供了一个新的表面。由于与电解液发生更剧烈的化学反应,SEI层在锂金属电池阳极上的生长更为剧烈。

日历老化需要3年的时间损耗锂离子电池2-3%的电量,但在锂金属电池中只需24小时。尽管这种电荷渗透会随着时间的推移而减慢,但它很快就会累积起来,并会使电池寿命缩短25%。

译/前瞻经济学人APP资讯组

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责任编辑: 4114RWL

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