研究可能导致改善锂电池的能量密度
领导的研究小组化学家在美国能源部(DOE)布鲁克海文国家实验室已经获悉,电解质添加剂允许稳定高压循环nickel-rich分层阴极。他们的工作可能会导致锂电池的能量密度的改善电动汽车供电。
5月9日发表的一项研究发现在自然能源,提供补救臭名昭著的退化问题,出现nickel-rich阴极材料,特别是在高电压。欧洲杯足球竞彩进行这项研究的一部分DOE-sponsored Battery500财团,由美国能源部的太平洋西北国家实验室(PNNL)和正在显著增加电动汽车锂电池的能量密度。
沙Tan co-first作家和石溪大学博士生进行研究与电化学能源存储组布鲁克海文实验室,最初研究添加剂,锂difluorophosphate (LiPO2F2),可以用来提高电池的低温性能。出于好奇,她试着使用高电压的添加剂在室温下自行车。
“我发现,如果我把电压4.8伏(V),这种添加剂真的让伟大的阴极保护,电池达到优良的循环性能,”谭说。
保护电池电极
电池由两个电气终端——;电极称为阴极和阳极,由另一个电池组件,电解液。电子通过外部电路连接两个电极和离子通过电解液。两人之间来回穿梭电极在充放电循环。
Nickel-rich分层承诺为新一代高能量密度电池阴极欧洲杯足球竞彩材料与锂金属阳极。但这些材料很容易丧失欧洲杯足球竞彩能力。的一个主要问题是粒子在高压充放电周期。高压操作是很重要的,因为总能量储存在一个电池里,重要的车辆范围,随着有用的工作电压的增加。
另一个问题是过渡金属溶解的阴极阳极及其随后的沉积。这就是所谓的“相声”电池社区,布鲁克海文国家实验室的化学家Enyuan胡说,他领导了这项研究。在高压充电,少量的过渡金属在阴极晶格溶解,然后通过电解液,存款在阳极方面。当这种情况发生时,阴极和阳极降解。结果:可怜的电池容量保留。
研究人员发现,引入少量的添加剂的电解质扼杀了相声。
随着添加剂分解,产生磷酸锂(Li3PO4)和氟化锂(生活),形成一个高度保护cathode-electrolyte-interphase -;固体薄层形成在电池的阴极骑车。
”通过形成一个非常稳定的阴极间期,这个防护层显著抑制过渡金属在阴极表面损失,”胡锦涛说。”减少过渡金属损失有助于减少这些过渡金属的沉积阳极。在这个意义上,阳极保护在一定程度上。我们相信抑制过渡金属溶解的主要贡献者之一,导致显著提高循环性能。”
电解液添加剂可以使一个nickel-rich分层阴极骑在高电压增加能量密度和仍保留97%的初始容量200次后,研究人员发现。
保存一个多晶的解决方案
但提高性能并不是唯一兴奋的结果对于研究人员,胡锦涛说。
最常见的nickel-rich阴极是多晶体的形式——许多纳米晶体的聚集,也称为初级粒子,集中在一起,形成一个更大的二次粒子。欧洲杯猜球平台虽然这承诺一个相对简单的合成路线,多晶本质通常归咎于引起粒子裂缝和最终的能力减弱。
最近的研究表明,single-crystal-based阴极粒子可能是有利的在多晶与抑制裂纹的形成。然而,这项研究表明,使用添加剂工程也可以有效地解决多晶材料的开裂问题。欧洲杯足球竞彩
“我们的工作是说多晶材料不能被排除在考虑之外,特别是因为它们容易,可转化为成本更低欧洲杯足球竞彩。”胡锦涛说。
Tan补充说,“我们的战略使用少量的添加剂来实现如此巨大的改善电化学性能。实际上,这可能是一个低成本和容易接受的解决方案。”
展望未来,研究人员想要测试添加剂在更具挑战性的条件下探索阴极材料是否可以承受更多的电池使用周期。欧洲杯足球竞彩
先进的分析
了解添加剂分解和保护阴极表面,研究人员进行了一系列的同步加速器实验,谭说。
四个国家同步光beamlines Source-II (NSLS-II),美国能源部科学办公室用户设施布鲁克海文产生ultrabright x射线在原子尺度研究材料特性,扮欧洲杯线上买球演不同的角色的研究。
科学家使用了快速的x射线吸收和散射(QAS) beamline了解过渡金属溶解过程——;如何过渡金属阳极侧。
他们利用亚微米分辨率x射线能谱(SRX) beamline新相间的有效性研究抑制过渡金属溶解的映射多少过渡金属阳极表面的沉积。这些实验表明,cathode-electrolyte-interphase明显阻止过渡金属迁移到阳极添加剂在玩。
研究人员还使用原位和Operando软x射线能谱(IOS) beamline描述介绍了阴极表面添加剂时,使一个健壮的间期的形成。
和他们用x射线粉末衍射(XPD) beamline看阴极的晶体结构是否改变了多个周期。
此外,团队协调跨时区beamline欧洲同步加速器辐射中心的科学家们在格勒诺布尔,法国。合作者有使用x射线观察成千上万的电极粒子的形态和化学,允许科学家想象缺陷和能量密度。欧洲杯猜球平台
成像中阴极的表面结构是如何进化的自行车和计算分析,研究人员转向功能布鲁克海文实验室中心功能纳米材料。欧洲杯足球竞彩这些成像和计算研究帮助团队确定添加剂是如何工作的机制,胡锦涛说。
“该项目需要一个完美结合的先进技术和先进的分析设备提供至关重要的洞察力各级添加剂的影响,从粒子电极,”胡锦涛说。”统计上的分析研究提供了可靠的、令人信服的证据表明它是如何工作的。”
除了谭,Zulipiya Shadike,布鲁克海文实验室的化学部门,和李冀州市,SLAC国家加速器实验室、博士后学者也co-first作者在这个研究。
研究人员还与来自美国陆军研究实验室的专家合作,电费单,斯坦福同步辐射光源,SLAC国家加速器实验室、西雅图和华盛顿大学的。
“大平台500年电池提供,我们有很多专业知识我们可以一起工作,”杨Xiao-Qing说,布鲁克海文电化学存储研究小组的领导人。”这实在是一个了不起的工作和许多其他机构内外的Battery500财团。”
这项研究是由美国能源部的能源效率和可再生能源办公室(EERE),车辆技术办公室和美国能源部科学办公室。欧洲杯线上买球运营支持NSLS-II科学的办公室。欧洲杯线上买球美国陆军研究实验室是储能研究联合中心的支持下,美国能源部基本能源科学(BES)项目能源创新中心。欧洲杯线上买球线性的贡献被实验室定向研发资金支持。
来源:https://www.bnl.gov/
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