稀釋高濃度電解質(zhì)的鋰金屬電池可以為未來(lái)提供動(dòng)力

我們大多數(shù)人都花很多時(shí)間坐在充電點(diǎn)附近為我們的手機(jī)、平板電腦和筆記本電腦充電。為這些設(shè)備供電的鋰離子電池通常需要很長(zhǎng)時(shí)間才能充電。因此，在設(shè)計(jì)需要快速充電和長(zhǎng)時(shí)間放電的電動(dòng)汽車(chē)時(shí)，使用這些電池成為一個(gè)挑戰(zhàn)。另一方面，鋰金屬電池 (LMB) 具有非常高的能量密度，與鋰離子電池相比，充電時(shí)間很短。

然而，LMB 遠(yuǎn)非完美的電池解決方案。它們的缺點(diǎn)是電流效率低、循環(huán)性差，并且容易形成鋰枝晶——在電極上沉積過(guò)多的鋰?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，使用用醚類(lèi)溶劑稀釋的高鹽濃度電解質(zhì) (HCE) 可以解決這些問(wèn)題并提高性能。然而，正確理解 HCE 稀釋如何在廣泛的工作溫度范圍內(nèi)影響 LMB 的工作仍然是一個(gè)懸而未決的問(wèn)題。

在最近發(fā)表在《化學(xué)工程雜志》上的一項(xiàng)研究中，由大邱慶北科技學(xué)院的 Hongkyung Lee 教授和 Hochun Lee 領(lǐng)導(dǎo)的研究小組承擔(dān)了了解 HCE 稀釋對(duì) LMB 循環(huán)在很寬的溫度范圍內(nèi)的影響的任務(wù)。Hongkyung Lee 教授解釋說(shuō)：“電解質(zhì)確定性界面穩(wěn)定性是確保電池性能的關(guān)鍵問(wèn)題。這項(xiàng)工作為稀釋高濃度電解質(zhì)以穩(wěn)定高反應(yīng)性鋰表面提供了合理的策略。本研究的發(fā)現(xiàn)可以為設(shè)計(jì)電解質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)提供線索，確定其對(duì)寬溫度范圍內(nèi)界面穩(wěn)定性的根本影響，并有助于鋰金屬電池在實(shí)踐中的穩(wěn)定循環(huán)。”

HCE 通常是惡性的，稀釋它們可以增加細(xì)胞內(nèi)的離子遷移并改善電極的潤(rùn)濕性。該團(tuán)隊(duì)采用了一種新的 HCE 稀釋技術(shù)，使他們能夠在 2-60°C 的溫度下展示出良好的 LMB 循環(huán)性能。為了研究，對(duì)模型 HCE 以及用 1,1,2,2-四氟乙基 2,2,3,3-四氟丙基醚 (TTE) 稀釋的 HCE 進(jìn)行了比較電化學(xué)分析。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，TTE 稀釋顯著改善了 Li+離子傳輸并減少了低溫下的樹(shù)枝狀鋰電鍍，這對(duì)于保持循環(huán)穩(wěn)定性至關(guān)重要。還發(fā)現(xiàn) TTE 是形成熱穩(wěn)定固體電解質(zhì)界面的原因，該界面決定了 LMB 的高溫循環(huán)能力。綜合分析還表明，TTE 稀釋也可以證明有利于鋰電池的高壓循環(huán)。

鋰金屬被認(rèn)為是下一代電池的終極陽(yáng)極。Lee 教授表示：“通過(guò)我們的研究，我們?cè)噲D在不犧牲充電率的情況下加強(qiáng)循環(huán)時(shí)間更長(zhǎng)、能量密度更高的電池的開(kāi)發(fā)，這是更長(zhǎng)里程的電動(dòng)汽車(chē)的先決條件。”這項(xiàng)研究的見(jiàn)解可用于設(shè)計(jì)具有長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性的小而輕但高效的電池，可作為無(wú)人機(jī)、步行機(jī)器人和物理增強(qiáng)的電源。

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