我們大多數(shù)人都花很多時間坐在充電點附近為我們的手機、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時間才能充電。因此，在設(shè)計需要快速充電和長時間放電的電動汽車時，使用這些電池成為一個挑戰(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，充電時間很短。
然而，LMB 遠非完美的電池解決方案。它們的缺點是電流效率低、循環(huán)性差，并且容易形成鋰枝晶——在電極上沉積過多的鋰。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，使用用醚類溶劑稀釋的高鹽濃度電解質(zhì) (HCE) 可以解決這些問題并提高性能。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 的工作仍然是一個懸而未決的問題。
在最近發(fā)表在《化學(xué)工程雜志》上的一項研究中，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 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：“電解質(zhì)確定性界面穩(wěn)定性是確保電池性能的關(guān)鍵問題。這項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)計電解質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)提供線索，確定其對寬溫度范圍內(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胞內(nèi)的離子遷移并改善電極的潤濕性。該團隊采用了一種新的 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 進行了比較電化學(xué)分析。
實驗結(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枝狀鋰電鍍，這對于保持循環(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)。
鋰金屬被認為是下一代電池的終極陽極。Lee 教授表示：“通過我們的研究，我們試圖在不犧牲充電率的情況下加強循環(huán)時間更長、能量密度更高的電池的開發(fā)，這是更長里程的電動汽車的先決條件。”這項研究的見解可用于設(shè)計具有長期循環(huán)穩(wěn)定性的小而輕但高效的電池，可作為無人機、步行機器人和物理增強的電源。
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