超快的电池充电是目前研究的一个重要目标,与几个关键的挑战需要克服实现它。在《华尔街日报》ACS能源字母,一组来自中国和以色列科学家探讨了锂离子电池的发展与溶剂助跳跃机制来实现这一目标。
研究:溶剂助跳跃机制使超快充电的锂离子电池。图片来源:ktsdesign / Shutterstock.com
提高锂离子电池的充电时间
锂离子电池是一项成熟的技术,发现广泛应用在电动汽车,驾驶过渡到低碳交通行业。1991年首次商业化,他们在材料和设备设计经历了飞速发展,但仍存在一些关键挑战需要克服。欧洲杯足球竞彩
目前,锂离子电池有一个差距率和极端的要求快速充电功能。这限制了电动汽车的竞争能力与冰车辆加油时间,通常在5 - 10分钟。满足极端快速充电需求需要电池组件(如电极材料,分离器,尤其是电解质,以满足严格的要求。欧洲杯足球竞彩
电解质的快速充电问题
有三个主要问题,电解质对快速充电,这阻碍了电动汽车的发展,可以用天然气和柴油车辆商业竞争。这些形成固体电解质界面,界面动力学导致锂树突增长缓慢,和有限的截止电压由于阳极稳定性差。
持久的固态电解质间期增长和树突增长与溶剂化作用结构,用固态电解质间期增长限制了电池的库仑效率,导致高电流额定容量褪色。问题与阳极稳定和顺向截止电压限制有关阴极电解液界面不稳定由于溶剂分子分解。
极端充电快实现锂离子电池的另一个关键问题是阴极的粉碎颗粒。欧洲杯猜球平台这是由于内应力被诱导率高,导致不良反应。
充电快电解质
由于问题与当前电解质和电动汽车行业迫切需要提供超快充电功能,迫切需要新的电解质的快速发展可以克服这些挑战。电解质必须适合高压NMC811阴极和充电快石墨阳极。
研究人员使用了多种策略来提高充电快电解质的性能。助溶剂被用于早期调查提高电解质的离子电导率,包括甲酸甲酯和丙腈。然而,这种策略面临的问题的形成固体电解质界面。
固态电解质interphase-forming添加剂包括碳酸乙烯撑探索降低细胞的界面阻力,但坚持挑战界面稳定在冗长的自行车。高浓度电解质已经证明了改进的能力但却阻碍了有限的衬底润湿和高粘度。同时几个策略已被证明有前途,关键的挑战依然存在。
这篇论文
作者评估混合碳酸氟乙烯树脂/乙腈电解质作为充电快电解质与不同比例的溶剂。小说电解质的solvent-hopping机制可以克服不足的关键问题离子电导率和缺乏钝化属性目前探索充电快电解质。
电解质具有一种新型氟乙烯树脂碳酸盐溶解结构和一个acetonitrile-rich环境。氟乙烯树脂碳酸盐/乙腈的比例提出电解质7/3的体积。这一比率提供了最佳电解液的钝化和电导性能和成膜能力和离子电导率之间的平衡。
四个参数被认为是研究评估电解质和比较新颖的电解液的性能与其他fast-charge选项。这些离子电导率、操作温度窗口,钝化属性和电压窗口。
速度能力和长期循环细胞合并电解质的性能进行评估,以92%的额定容量保持在10 c和80%保留20 c。~ 99.9%库仑效率测试中可观察到细胞。其他细胞与不同的电解质没有达到这个性能测试。
GITT分析显示,细胞使用提出solvent-hopping电解液阳极过电压的行为显示五倍低于细胞构造与其他充电快电解质。此外,细胞由论文的电解液显示大大降低电压滞后,导致抵抗力更弱的固态电解质界面的形成。电化学阻抗谱和循环伏安法测试了在细胞动力学进行调查。
该电解液显示一个平衡的行为与其他充电快电解质相比,证明设计原理的有效性。能力提高成膜能力,证实了通过溶解在电解质离子电导率的调优。
总之,本文展示了一种新型电解质的发展与溶剂助跳跃能力,可用于设计合理ultrafast-charging锂离子电池。细胞构造研究的电解质可以满足极端快速充电的要求,提高电动汽车的竞争力与冰车辆的充电时间。
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进一步的阅读
黄,X et al。(2022)溶剂助跳跃机制使超快充电的锂离子电池ACS能源字母7 3947 - 57页。[网络]pubs.acs.org。https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.2c02240
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