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PNNL研讨职员揭示电池首次充电SEI的变成进程

浏览次数:526 发布日期:2020-03-11

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(图源:PNNL官网)

据外媒报道,美国西北安宁洋国家实行室(PNNL)的科学家们,将一种特别计划的锂离子电池装入二次离子质谱仪中,电池义务进程中,从分子级别观察SEI的变成。

很洪流平上,锂离子电池首次使用的前几个小时,决议了它的功用。因为这段时间,一组分子会自行组合,构成电池的内部构成部分,即固体电解质间相膜(SEI),并未来几年对电池发生影响。SEI膜的要害感化是,容许一部分粒子通过。进一步了解SEI膜,是制制更有生机、更恒久和更平安的锂离子电池的要害一步。可是,SEI膜的变成永久是个谜,研讨职员实验过众种技能,也末能从分子级别睹证它的变成进程。

SEI是一种十分薄的薄膜材料,制制电池时并不保管。只要首次为电池充电时,分子才会聚集,并通过电化学反响变成这种构造。这种构造仿佛通道,使锂离子可以正负极之间来回活动。最主要的是,SEI膜迫使电子绕道而行,使电池保持运转,并让储能成为可以。恰是因为有了SEI,锂离子电池才干为手机、条记本电脑和电动汽车供应动力。科学家们应用种种原材料,念要制制出最好的SEI膜。可是,不了解SEI的发生进程,仿佛厨师只要食材,却不懂烹调。美国能源部西北安宁洋国家实行室(PNNL)和美国陆军研讨实行室(US Army Research Laboratory)的研讨职员,入手研讨SEI膜是怎样发生的。

研讨职员应用PNNL的专利技能,将高能离子束穿入电池运转进程中方才变成的SEI膜,将少许材料发送到空中,并将其捕捉以举行剖析,同时依托外面张力帮帮掌握液体电解质。然后,使用质谱仪剖析SEI材料。这项专利技能名为“原位液态二次离子质谱法”(liquid SIMS),通过这项技能,研讨团队得以对SEI的变成进程举行比比皆是的观察,办理锂离子电池义务时呈现的题目。PNNL研讨团队认真人 Zihua Zhu外示:“这项技能的坚实根底上,我们可以科学看法这种繁杂构造中的分子运动。通过这些发明,人们期望调解电解液和电极的化学因素,从而制制出更好的电池。”

PNNL团队联手美国陆军研讨实行室专家Kang Xu,配合办理题目。据标明,SEI是由两层构成的。研讨小组进一步准确了解每一层体的化学构成,并确定了电池中发生这种构造的化学进程。他们发明,接近负极的层体构造薄而致密,这一层排斥电子但容许锂离子通过。外层更厚少许,就电解液的旁边,可以调治液体和SEI膜其余部分之间的互相感化。比较之下,内层稍微硬少许,外层稍厚少许。

本次研讨结果有帮于了解氟化锂锂离子电池电解液中的感化。研讨职员曾经标明,SEI膜的氟化锂含量越众,电池功用越好。研讨小组展现,氟化锂怎样成为SEI内层的一部分,为怎样构造中到场更众的氟供应帮帮。Wang:“有了这项技能,不光可以了解分子的保管,槐ボ了解它们的构造。”


标签:  锂离子电池 PNNL
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