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新方法可實(shí)現(xiàn)鋰電池超快速充電

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目前電動汽車發(fā)展迅速,但鋰離子電池充電速度慢依然是個(gè)問題。為了使電池具有快充能力,長期以來研究人員致力于增強(qiáng)電解液傳質(zhì)(mass transfer)和電極中的電荷傳遞,尤其是前者。

目前電動汽車發(fā)展迅速,但鋰離子電池充電速度慢依然是個(gè)問題。為了使電池具有快充能力,長期以來研究人員致力于增強(qiáng)電解液傳質(zhì)(mass transfer)和電極中的電荷傳遞,尤其是前者。

據(jù)外媒報(bào)道,日本先進(jìn)科學(xué)技術(shù)研究所(JAIST)的研究人員展示了一種新方法,利用粘結(jié)劑材料來促進(jìn)鋰離子嵌入活性材料,從而實(shí)現(xiàn)快速充電。粘結(jié)劑材料可以改善脫溶鋰離子在固體電解質(zhì)界面(SEI)和負(fù)極材料內(nèi)的擴(kuò)散,從而實(shí)現(xiàn)高電導(dǎo)率、低阻抗和良好的穩(wěn)定性。

研究人員Noriyoshi Matsumi和Rajashekar Badam教授表示:“目前的策略是使用生物衍生硼酸鋰聚合物作為水性聚電解質(zhì)粘合劑,從而增強(qiáng)電極內(nèi)的電荷轉(zhuǎn)移,比如使石墨負(fù)極顯示出快速充電能力。”

Matsumi教授表示:“該粘合劑材料包括高度可解離的硼酸鋰,可以促進(jìn)鋰離子在負(fù)極基質(zhì)中擴(kuò)散。此外,這種粘結(jié)劑可以形成有機(jī)硼SEI。與普通電池相比,這類SEI顯示出的界面電阻非常低。”

硼化合物(如粘結(jié)劑中的四配位硼和富硼SEI)的作用是,通過降低在SEI處鋰離子從溶劑鞘中解溶的活化能,幫助鋰離子脫溶。此外,在高擴(kuò)散和低阻抗的情況下,可以降低界面處與電荷轉(zhuǎn)移相關(guān)的過電位。JAIST的Anusha Pradhan博士表示:“這是實(shí)現(xiàn)超快充電的重要因素之一。

一般情況下,當(dāng)充電速度超過鋰嵌入的速度時(shí),石墨電極上會發(fā)生鋰電鍍。這是一個(gè)不受歡迎的過程,會導(dǎo)致電池壽命縮短,并影響快速充電能力。這項(xiàng)研究改善了離子在SEI上和電極內(nèi)的擴(kuò)散,限制鋰離子的濃差極化,因此石墨上沒有出現(xiàn)電鍍層。

在這項(xiàng)研究中,研究人員不僅提出了新策略,以實(shí)現(xiàn)極高倍率充電電池和降低界面電阻,而且使用了一種從咖啡酸中提取的生物聚合物。咖啡酸是一種植物性有機(jī)化合物,是可持續(xù)的材料來源。在電池中使用生物資源,有助于減少二氧化碳排放。Matsumi教授表示:“在未來的研究中,這種粘結(jié)劑還可以與高倍率充電活性材料相結(jié)合,從而實(shí)現(xiàn)協(xié)同效應(yīng),進(jìn)一步提高性能。”

隨著深入研究電池性能,用戶可以期待更環(huán)保的能源使用方式,特別是在交通領(lǐng)域。Matsumi教授表示:“借助高倍率充電電池技術(shù),人們可以享受電動汽車和便利的移動設(shè)備。因?yàn)槭褂每稍偕Y源,可在較長時(shí)間內(nèi)保持產(chǎn)品可用性,而無需考慮化石資源的可用性和社會狀況。”

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