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锂离子电池能量密度瓶颈该如何突破?
锂离子电池能量密度瓶颈该如何突破?
  • 发布时间:2021-02-09 15:37

锂离子电池能量密度瓶颈该如何突破?

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【介绍】


固态电池技术是突破锂离子电池能量密度瓶颈的关键技术之一,也是电化学储能领域的研究热点。与传统锂离子电池相比,固体电池更安全,因为它不含液态有机溶剂,也没有液体泄漏和气体燃烧等问题。另外,现在假设固体电解质穿越具有良好的机械强度,在使用金属锂阴极时可以防止枝晶生长问题。固态电池的重要问题是多样性,即充电和放电速度较慢。为了解决这个问题,要具有很高离子电导率的固体电解质。近年来,各种金属硼化物(Li2B12H12、LiCB11H12等)被发现具有很高的离子电导率,有望成为优良的固体电解质。然而,它们的热力学稳定性、正负电极间的适合度以及抑制枝晶生长的能力仍存在很大的疑问。


(效果介绍)


最近,香港科技大学(hkust)的FrancescoCiucci的团队使用量子化学核算系统研究了金属硼氢化物(Li,Na,Ca,Mg)的热力学性质及其与电极的相容性。采用基于研究。[4]的讨论表明金属硼氢化物在高氧化热力学潜在不安全,但其差异化的产品具有较高的电化学窗口,因此能够限制电解质膜的进一步分化,结果的基础上提出了世界一种界面稳定机制和李猜,氢化钠硼微电化学窗口可以放大到5v的机械功能金属硼氢化也是讨论和发现它剪切模量较低,因此与纯金属电极的机械适应性差和树突上升难以克制。通过相关的阴离子巨浪能垒和观测到的离子超导相变温度(超离子相变温度),提出了不同半径掺杂阴离子旅行离子电导率的方法,并得到了实验验证。


除Ca外,与纯金属电极的反用途力不强,所以只有Ca的硼氢化物在回收电位下比较容易区分。参见图3中的电化学窗口。在氧化条件下,Li2B12H12与Li2B12H12短暂分化为Li2B12H12,Li2B12H12相对稳定,不会继续被氧化,保护了LiBH4等固体电解质(见图4)。


之前Monroe等人[5]提出了两倍剪切模量理论来预测电解液是否能够抑制枝晶的生长:当电解液剪切模量大于金属锂的剪切模量时,界面可以稳定。与Li和Naborohydrodes相比,剪切模量相对较小,因此,与以前广泛认为的不同,这种固体电解质可能无法抑制枝晶的生长。因此,要进行长期的大电流充放电试验。


图6量子化学计算的负离子翻滚能垒与相变温度的关系;各种金属硼氢化物的阳离子缺陷构成能


金属硼氢化物通常有两相。低温时,金属硼氢化物阴离子不滚动,阳离子缓慢松散。因此,当临界温度降低到室温时,可以利用旅行离子的电导率。作者发现临界温度与负离子翻滚能垒高度相关(图6),并提出无半径的负离子掺杂可以降低温度,YanYigang等人最近的实验讨论验证了这一点。


动力学模拟结果表明,镁和钙硼氢化物的溶解度较低,不适合在室温固态电池中作为电解质。(图7)


【摘要】


金属硼氢化物是一种理想的固体电解质。由于界面稳定机理,它们具有良好的电化学抗氧化性能。然而,研究了金属电极对长周期枝晶生长的要求。


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