Как материал электрода батареи влияет на его производительность и срок службы

Прочитано: 141 раз(а)


Аккумуляторы — это устройства, которые накапливают и выделяют энергию путем перемещения заряженных частиц, называемых ионами, между двумя материалами, называемыми электродами. Электроды разделены жидкостью или гелем, называемым электролитом, который содержит ионы и другие молекулы. При использовании батареи на поверхности каждого электрода образуется тонкий слой молекул, называемый границей твердого электролита (SEI).

Литий-ионные аккумуляторы (ЛИА) и натрий-ионные аккумуляторы (СИБ) страдают недостаточной обратимостью окислительно-восстановительных процессов на границе электрод / электролит , что связано с образованием механически неустойчивых и реакционноспособных СЭИ. Стабильные неорганические богатые SEI могут изолировать перенос электронов , позволяя диффундировать только определенным ионам, тем самым поддерживая обратимое циклирование за пределами электрохимического предела электролита.

В то время как электрохимические элементы , использующие неорганические электролиты в виде расплавленных солей при повышенных температурах (> 100°C), демонстрируют стабильные циклические характеристики, повседневное применение зависит от аккумуляторных электролитов, содержащих как соли металлов, так и органические растворители . Эта смесь запускает конкурентные реакции на заряженной границе раздела, вызывая постоянный расход электролита и неравномерное осаждение металла, то есть образование дендритов в случае
металлических электродов, что приводит к выходу из строя батареи и иногда к проблемам безопасности.

Одним из наиболее практически масштабируемых способов оптимизации химии и морфологии SEI для обратимого переноса заряда является совместный выбор химии электролита и протокола формирования (т. е. начальных условий циклирования с конкретными условиями тока/напряжения). В то же время значение материала электрода в этой прогрессии заметно недооценивалось, несмотря на его неотъемлемое влияние на предварительные фазы формирования SEI.

Чтобы восполнить этот информационный пробел, исследователи из университетов Дикина и Монаша (Мельбурн, Австралия) изучили влияние физико-химических свойств электрода на механизм формирования ИЭВ с ионными жидкостями и натриевыми электролитами на карбонатной основе. Работа опубликована в журнале Energy & Environmental Science .

С помощью комбинации экспериментальных и теоретических средств показано, что поляризуемость электрода (его диэлектрическая природа) существенно влияет на структуру границы раздела электролит-электрод и свойства границы раздела твердое тело-электролит, и мы объяснили эти явления в в контексте способности заряженных электродов адсорбировать частицы электролита.

В частности, неметаллические электроды со слабыми силами Ван-дер-Ваальса сталкиваются с электростатическим отталкиванием , предотвращая накопление высокополярных растворителей или ионов, несущих тот же заряд, что и заряд электрода. Это влияет на концентрацию комплексов Na–анион с органическим растворителем вблизи заряженного электрода. Следовательно, образующиеся межфазные химические реакции различаются в зависимости от применяемых условий зарядки, что приводит к развитию различных межфазных химических реакций — либо на основе растворителя, либо на основе анионов.

С этим новым научным открытием и знаниями о ионно-сольватной структуре в данных электролитах мы можем быть более рациональными в разработке протоколов интеллектуального цикла для перезаряжаемых батарей.

Это исследование может помочь в разработке лучших аккумуляторов для различных приложений, таких как электромобили , накопители возобновляемой энергии или портативные устройства. Это также может помочь в разработке новых способов использования электрохимических систем для других целей, таких как производство химикатов (электрокатализ) или извлечение металлов из отходов.

Как материал электрода батареи влияет на его производительность и срок службы



Новости партнеров