科學(xué)家發(fā)現(xiàn)鋰電池衰退的原因
在研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，科學(xué)家們提出一種儲(chǔ)能能力衰退的解釋。CFN電子顯微鏡小組的科學(xué)家、共同首席作者Sooyeon Hwang說(shuō)，“由于氧化鋰的電子導(dǎo)電性較低，它的積累會(huì)對(duì)在電池正負(fù)極之間穿梭的電子形成屏障，我們把它叫做內(nèi)部鈍化層。同樣，電解質(zhì)分解也會(huì)形成表面鈍化層，阻礙離子傳導(dǎo)。這些障礙累積起來(lái)，阻礙電子和鋰離子到達(dá)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的活性電極材料。”
廢舊鋰電池回收科學(xué)家們指出，在低電流下運(yùn)行電池，可以通過(guò)減慢充電速度，恢復(fù)部分容量為電子傳輸提供足夠的時(shí)間；然而，要徹底解決這一問(wèn)題，還需要其他方案。他們認(rèn)為，在電極材料中添加其他元素和改變電解質(zhì)，可以改善容量衰減。
研究人員發(fā)現(xiàn)新型正極材料 鎂電池有望替代鋰離子電池
東京理科大學(xué)的Idemoto教授及其同事合成了取代鈷的MgNiO2材料，有潛力成為新型陰極材料。Idemoto教授表示：“我們專(zhuān)注于使用多價(jià)鎂離子作為可移動(dòng)離子的可充電鎂電池，有望實(shí)現(xiàn)能量密度高的下一代可充電電池。”最近，由于鎂電池毒性低、容易實(shí)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)反應(yīng)，使人們對(duì)利用鎂作為高能量密度可充電電池的陽(yáng)極材料產(chǎn)生了極大的興趣。但是，由于缺乏合適的互補(bǔ)型陰極和電解液，很難實(shí)現(xiàn)。目前，二次電池行業(yè)主要以鋰離子電池為主，在汽車(chē)和便攜式設(shè)備中用于電力存儲(chǔ)。但是，此類(lèi)電池的能量密度和電力存儲(chǔ)能力有限。然而，Idemoto教授表示，新型二次鎂電池作為高能量密度的二次電池，有能力替代鋰離子電池。
德國(guó)研究所研發(fā)新型“繞指柔”極薄雙極板 電池生產(chǎn)更具效益
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德國(guó)弗勞霍恩夫環(huán)境安全和能源技術(shù)研究所（Fraunhofer Institute for Environmental， Safety and Energy Technology）的研究人員研發(fā)出一種新型柔韌性強(qiáng)且極薄的雙極板，有望使電池生產(chǎn)更具成本效益，而且該技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，用于家用和工業(yè)使用的移動(dòng)電源以及電動(dòng)汽車(chē)電源生產(chǎn)。研究人員表示，使用雙極平板連接此類(lèi)單體電池，可避免過(guò)熱問(wèn)題以及復(fù)雜的布線。與電線相比，此類(lèi)平板在重量和厚度方面不具優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榇祟?lèi)平板由金屬制成，重量重，且容易腐蝕，而且使用注塑工藝，由碳聚合物復(fù)合材料制成，厚度不會(huì)少于幾毫米。
Grevé預(yù)計(jì)，此類(lèi)新型雙極板可用于臨時(shí)安裝的大型電池裝置，如，移動(dòng)能源系統(tǒng)，可向社區(qū)分配電力。此外，還能用于電動(dòng)汽車(chē)。為了解釋雙極電池的好處，Grevé表示，特斯拉汽車(chē)的電池組由7000多個(gè)單體電池連接在一起。
一種新電解質(zhì)添加劑可幫助電池在-40℃工作
中國(guó)和美國(guó)的科學(xué)家一同開(kāi)發(fā)了一種電解質(zhì)材料添加劑，據(jù)了解，這種添加劑可以擴(kuò)大鋰離子電池的工作溫度范圍，使電池可在-40℃的溫度下工作，60℃的高溫下也不會(huì)影響性能。這項(xiàng)研究是由美國(guó)西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Pacific Northwest National Laboratory)的科學(xué)家實(shí)現(xiàn)的。研究小組發(fā)現(xiàn)，通過(guò)調(diào)整電解液中不同添加劑的體積，他們可以開(kāi)發(fā)出在-40℃到60℃的溫度下仍能保持良好性能的鋰離子電池。
這項(xiàng)工作重點(diǎn)在于五種電解質(zhì)添加劑的不同組合的使用。從中發(fā)現(xiàn)了有三種化合物添加劑可形成最佳組合，這一組合在-40℃時(shí)可以提高放電性能，在60℃時(shí)能略微改善循環(huán)的穩(wěn)定性。在25℃時(shí)，電池在1000次循環(huán)后能夠保持85%以上的容量。該研究小組在《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)應(yīng)用材料與界面》雜志上發(fā)表的一篇論文中描述了這種方法，該論文構(gòu)建了堅(jiān)固的電極/電解質(zhì)界面，使鋰離子電池能夠在溫度上應(yīng)用廣泛。
科學(xué)家對(duì)固態(tài)鋰電池進(jìn)行了開(kāi)裂觀測(cè) 發(fā)現(xiàn)電池退化與其內(nèi)部裂紋有關(guān)
美國(guó)喬治亞理工學(xué)院(Georgia Institute of Technology)的科學(xué)家利用x射線成像技術(shù)觀察了固態(tài)鋰電池中形成的裂紋。他們說(shuō)，這一發(fā)現(xiàn)改變了人們對(duì)固態(tài)電池性能的理解，并可能形成更耐用的系統(tǒng)。研究人員說(shuō)，此前，人們認(rèn)為金屬鋰和電解質(zhì)界面的化學(xué)反應(yīng)是導(dǎo)致電池退化的原因，而不是電池內(nèi)部的裂紋。但他們通過(guò)成像了解到，在這種特殊的材料中，不是化學(xué)反應(yīng)本身有問(wèn)題，它們不會(huì)影響電池的性能，而是細(xì)胞的斷裂破壞了細(xì)胞的性能。
研究人員表示，他們的發(fā)現(xiàn)可能也適用于替代固態(tài)電池的化學(xué)成分。在普通鋰離子電池中，我們使用的材料決定了我們可以儲(chǔ)存多少能量。純鋰的容量最大，但它與液體電解質(zhì)的配合并不好。如果能使用固態(tài)鋰和固態(tài)電解質(zhì)，那將是能量密度的終極。
