本文摘要:据国外媒体报道,美国能源部阿贡国家实验室的研究人员开发了一种新型电解质混合物和一种非常简单的添加剂,可以降低硅阳极的表面和整体稳定性,并将在未来应用于下一代锂离子电池。

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据国外媒体报道,美国能源部阿贡国家实验室的研究人员开发了一种新型电解质混合物和一种非常简单的添加剂,可以降低硅阳极的表面和整体稳定性,并将在未来应用于下一代锂离子电池。(来源:Argonne官网)为了生产新一代锂离子电池,科学家们几十年来一直在寻找新的电极材料和电解质。他们的目标是提高电池的储能能力,使其寿命更长、成本更低、更安全。随着新一代电池的出现,电动汽车将在未来进一步普及,电网向可再生能源的扩展将通过更便宜、更可靠的储能方法加速。

对于科学家来说,硅阳极已经成为取代目前石墨阳极的首选材料。理论上来说,硅在储能方面有明显的优势,其储锂能力是石墨的10倍。

而且这种材料成本低,商业吸引力大。硅作为地壳中的第二大元素,广泛应用于计算和通信硬件,没有一系列的处理技术。然而,阿尔贡大学化学科学与工程系(CSE)的高级化学家杰克沃格(JackVaughey)认为,“硅阳极的应用仍然没有障碍。

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在循环过程中,锂离子电池的硅基负极与电解液发生轻微反应。这样不会造成电池发展,延长循环寿命。

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”目前,锂离子电池电解液中的溶剂混合物还包括沉淀的锂盐和有机添加剂(一般最多三种,至少一种)。阿尔贡的科学家们明确提出了新的策略,并开发了一种独特的电解质添加剂设计,使少量的另一种盐含有二价或三价金属阳离子,如Mg2、Ca2、Zn2或Al3。这种增强的电解质混合物,称为“MESA”(硅阳极混合盐电解质),可以降低硅阳极的表面和整体稳定性,提高长期循环和使用寿命。

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CSE部门的化学技术人员巴里斯基(BarisKey)回应说:“我们通过标准商用电极的原始电池对MESA进行了全面测试。这种新化学物质的结构和可扩展性非常简单,几乎与现有的电池技术兼容。

”沃盖补充说,“在这个项目中,阿尔贡的电池分析、建模和原型(CAMP)设施让我们受益匪浅,帮助我们了解了MESA的材料内容。”与此同时,阿尔贡研究人员专注于仔细观察MESA电解质的工作过程。

在电池过程中,电解液中的金属阳离子添加剂随锂离子迁移到硅基负极中,形成锂金属硅相互作用,比锂硅相互作用更稳定。在新电池的化学反应过程中,硅负极与电解液之间几乎没有有害的副作用。

已经证明,在电池测试的四种金属盐中,加入Mg2或Ca2的电解质盐在数百次充放电循环中效果最好。这种电池的能量密度比同类石墨电池高50%。Key回应道:“根据测试结果,我们几乎有理由坚信,这位发明人会在使硅负极取代石墨方面发挥作用,或者与石墨一起含有负极(浓度高达石墨的几个百分点),可能会产生深远的影响。

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