阿貢團隊開發新電解質 提升鋰離子電池中硅負極的性能

(圖片來源:阿貢官網)據國外媒體報道，美國能源部阿貢國家實驗室的研究人員開發出了一種新的電解質混合物和一種簡單的添加劑，可以增加硅陽極的表面和整體穩定性，有望應用于下一代鋰離子電池。為了生產新一代鋰離子電池，科學家們幾十年來一直在尋找新的電極材料和電解質。他們的目標是提高電池的儲能能力，讓電池更耐用、更便宜、更安全。有了新一代電池，電動汽車有望進一步普及，電網向可再生能源的擴張將通過更廉價、更可靠的儲能方式加速。對于科學家來說，硅陽極已經成為替代目前石墨陽極的首選。理論上，硅具有明顯的儲能優勢，其儲鋰能力幾乎是石墨的10倍。此外，這種物質的成本低，對商業更有吸引力。作為地殼中的第二大元素，硅被廣泛應用于計算和通信硬件，并擁有一系列加工技術。然而，阿貢化學科學與工程系(CSE)的高級化學家杰克·沃伊(Jack Vaughey)指出，“硅陽極的應用還存在一些障礙。在循環過程中，鋰離子電池的硅基負極與電解液發生劇烈反應。如果長時間居住，會導致電池退化，縮短循環壽命。”目前鋰離子電池電解液中的溶劑混合物包括一種溶解的鋰鹽和一種有機添加劑(通常多于三種，至少一種)。阿貢的科學家提出了一種新的策略，獨特地設計了電解質添加劑，使少量的另一種鹽含有二價或三價金屬陽離子，如Mg2+、Ca2+、Zn2+或Al3+。這種增強型電解液混合物，統稱為“mesa”(硅陽極混合鹽電解液)，可以增加硅陽極的表面和整體穩定性，提高長期循環和使用壽命。CSE部門的化學技術人員巴里斯·基說:“我們通過一個帶有標準商用電極的完整電池對MESA進行了全面測試。這種新的化學物質結構簡單，可擴展，完全兼容現有的電池技術。”Vaughey補充道，“在這個項目中，Argonne的電池分析、建模和原型(CAMP)設施讓我們受益匪淺，幫助我們解讀了MESA的材料組成。”與此同時，Argonne的研究人員專注于臺面電解質的工作過程。在充電過程中，電解液中的金屬陽離子添加劑隨鋰離子遷移到硅基負極，形成鋰金屬硅相，比鋰硅相更穩定。在新電池的化學反應過程中，硅負極和電解液之間的有害副作用很少。已經證明，在電池中測試的四種金屬鹽中，Mg2+或Ca2+的電解質鹽在數百次充放電循環中效果最好。這種電池的能量密度比同類石墨電池高50%。基說:“根據測試結果，我們完全有理由相信這項發明將起到推動作用，使硅負極取代石墨，或與石墨形成負極(濃度比石墨略高幾個百分點)，并可能產生深遠的影響。”

(圖片來源:阿貢官網)據國外媒體報道，美國能源部阿貢國家實驗室的研究人員開發出了一種新的電解質混合物和一種簡單的添加劑，可以增加硅陽極的表面和整體穩定性，有望應用于下一代鋰離子電池。為了生產新一代鋰離子電池，科學家們幾十年來一直在尋找新的電極材料和電解質。他們的目標是提高電池的儲能能力，使電池更耐用、更便宜、更安全。有了新一代電池，電動汽車有望進一步普及，電網向可再生能源的擴張將通過更廉價、更可靠的儲能方式加速。對于……事實證明，硅陽極已成為取代目前石墨陽極的首選。理論上，硅具有明顯的儲能優勢，其儲鋰能力幾乎是石墨的10倍。此外，這種物質的成本低，對商業更有吸引力。作為地殼中的第二大元素，硅被廣泛應用于計算和通信硬件，并擁有一系列加工技術。然而，阿貢化學科學與工程系(CSE)的高級化學家杰克·沃伊(Jack Vaughey)指出，“硅陽極的應用還存在一些障礙。在循環過程中，鋰離子電池的硅基負極與電解液發生劇烈反應。如果長時間居住，會導致電池退化，縮短循環壽命。”目前鋰離子電池電解液中的溶劑混合物包括一種溶解的鋰鹽和一種有機添加劑(通常多于三種，至少一種)。阿貢的科學家提出了一種新的策略，獨特地設計了電解質添加劑，使少量的另一種鹽含有二價或三價金屬陽離子，如Mg2+、Ca2+、Zn2+或Al3+。這種增強型電解液混合物，統稱為“mesa”(硅陽極混合鹽電解液)，可以增加硅陽極的表面和整體穩定性，提高長期循環和使用壽命。CSE部門的化學技術員巴里斯·基說:“我們通過一個完整的電池，用標準的商業電極，對MESA進行了全面的測試。這種新的化學物質結構簡單，可擴展，完全兼容現有的電池技術。”Vaughey補充道，“在這個項目中，Argonne的電池分析、建模和原型(CAMP)設施讓我們受益匪淺，幫助我們解讀了MESA的材料組成。”與此同時，Argonne的研究人員專注于臺面電解質的工作過程。在充電過程中，電解液中的金屬陽離子添加劑隨鋰離子遷移到硅基負極，形成鋰金屬硅相，比鋰硅相更穩定。在新電池的化學反應過程中，硅負極和電解液之間的有害副作用很少。已經證明，在電池中測試的四種金屬鹽中，Mg2+或Ca2+的電解質鹽在數百次充放電循環中效果最好。這種電池的能量密度比同類石墨電池高50%。基說:“根據測試結果，我們完全有理由相信這項發明將起到推動作用，使硅負極取代石墨，或與石墨形成負極(濃度比石墨略高幾個百分點)，并可能產生深遠的影響。”

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