未来锂金属电池的电解质

根据一个研究小组,锂金属电极和电解质在锂金属电池现在可以稳定通过一种新方法。电池的能量密度的能量存储与重量或体积,可以显著提高了这种新的机制,不依赖常规动力的方法。

金属锂的高反应活性降低了电解质在其表面,从而导致锂金属电池性能的退化。为了克服这个问题,科学家开发出功能电解质和电解液添加剂表面形成保护膜,影响锂电池的安全性和效率,但这还不是有效预防某些严重的副反应。在目前的研究中,研究人员稳定设计电解质的锂金属和电解质提供加速金属锂的氧化还原电位,从而成功地削弱了金属锂的反应活动从热力学角度来看,这可以帮助实现更好的电池性能。图片来源:山田& Kitada实验室,化学系统工程系,东京大学

该研究发表在《华尔街日报》自然能源。

锂金属电池,一个有前途的技术,可以满足高能量密度存储设备的需求。这些电池的库仑效率低是由于持续的电解液分解。

电池的电子传输能力是衡量库仑效率,通常被称为当前的效率。这意味着电池与库仑效率高更长的循环寿命。

这是第一篇论文提出电极电位和相关结构特点作为设计锂金属电池电解质指标,引入数据提取的科学结合计算计算。亚博老虎机网登录基于我们的研究结果,一些电解质,这使库仑效率高,容易开发。

Atsuo山田,教授,化学系统工程系,东京大学

团队的工作可以打开新的可能性在未来发展中锂金属电池电解质。

在锂电池,在充放电过程中,锂离子通过电解液从正极到负极。电池的能量密度可以增加通过添加高能量密度电极。

许多已进行调查与金属锂取代消极的石墨电极。然而,由于金属锂的高反应活性,其表面的电解质是减少,这意味着锂金属电极有库仑效率低。

科学家发明了功能电解质和电解液添加剂,创建一个表面保护电影来解决这个问题。固体电解质界面影响锂电池的安全性和有效性。

表面保护膜活动减缓电解液减少,防止直接接触电解液和锂金属电极之间。然而,固态电解质界面之间的关系和库仑效率直到最近才充分肯定。

科学家们意识到,增加固体电解质界面的稳定可以减少电解液分解的速率,提高电池的库仑效率。然而,它是具有挑战性的研究人员直接检查固体电解质界面化学尽管现代科技。

大多数研究固态电解质界面使用间接的方法已经完成。挑战是创建稳定的金属锂电解液和库仑效率高,因为这些调查结果只提供间接证据。

研究小组得出的结论是,增加金属锂的氧化还原电位在一个特定的电解液系统将减少所需的热力学驱动力降低电解质,产生较高的库仑效率。这种方法很少被用在锂金属电池的发展。

热力学金属锂的氧化还原电位,根据电解质中明显不同,是一个简单而忽视因素影响锂金属电池性能。

Atsuo山田,教授,化学系统工程系,东京大学

小组调查了74年锂金属的氧化和还原能力不同的电解质。作为一个内部推荐的标准电极电位IUPAC(国际纯粹与应用化学联合会),研究人员加入了一种叫二茂铁的电解质。

该集团建立了金属锂的氧化还原电位和库仑效率之间的联系。金属锂的加速氧化还原电位,他们取得了库仑效率高。

研究团队的长期目标是完全理解氧化还原电位的逻辑机制的转变。

我们将设计电解液保证库仑效率大于99.95%。金属锂的库仑效率小于99%,即使有先进的电解质。然而,需要至少99.95%的锂金属电池的商业化。

Atsuo山田,教授,化学系统工程系,东京大学

这项研究是与名古屋理工学院合作进行的。

本研究支持由教育部,文化,体育,科学,和技术项目:数据创建和利用类型材料研究和开发项目,日本科学技术振兴机构的特别推广研究创新下一代电池,jsp KAKENHI专门推广亚博老虎机网登录研究,和先进的低碳技术的研究和发展计划。亚博网站下载

期刊引用

Ko, S。et al。(2022)电极电位影响锂金属阳极的可逆性。自然能源。doi: 10.1038 / s41560 - 022 - 01144 - 0。

来源:https://www.u-tokyo.ac.jp/en/