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據外媒報道簿千劃,由于儲能密度高蓉申,金屬氧化物斡蔬、硫化物和氟化物等材料鷗,是前景極好的電動汽車鋰離子電池電極材料壽奉。但是型哼臘,它們的儲能能力衰退很快烙憨特。日前晚,科學家們通過研究内部公开十码期期中听說安了太陽能熱水器
習近平說“挺好”
一種帶有氧化鐵電極的鋰離子電池發現顱稗,電池充放電超過100次後產生的損耗當,是由氧化鋰積累和電解質分解造成的巒人。

研究過程中用到的氧化鐵電極邢把,由廉價無毒的磁鐵礦制成灤。比起目前的電極材料鏈編,磁鐵礦等轉換型電極材料(即和鋰發生反應時轉換為全新產物)閨,可以儲存更多的能量甦報傅,因為它們可以容納更多鋰離子峰攻弓。“然而孔賃攏,這些材料的儲能能力衰減非常快絛腸,並且依賴于電流密度沒。例如翻,我們對磁鐵礦的電化學測試顯示抽飛殺,磁鐵礦的容量在前10個高速充放電周期內急速下降念。”此項研究負責人免攻、功能納米材料中心(CFN)電子顯微鏡小組的領導Dong Su表示板第。CFN是設于布魯克海文國家實驗室內的美國能源部科學用戶設施辦公室本撼齒。

為了找出循環不穩定的原因渦稻墨,科學家們試圖觀察鋪榷菠,當電池完成100次循環後佛褪,磁鐵礦的晶體結構和化學性質變化情況旁瀝級。他們結合透射電子顯微鏡(TEM)和同步X射線吸收光譜(XAS)檄繞綏,進行研究氛碳潛。TEM的電子束通過樣本傳輸化,產生特征物質的結構圖像或衍射圖案那,XAS利用X射線來探測材料的化學性質償唐扇。

科學家們利用這些技術發現杰猾誰,第一次放電時謝,磁鐵礦完全分解成金屬鐵納米顆亮崖致眩和氧化鋰殘歧極。但在接下來的充電過程中鵝滬綽,這種轉化反應並不是完全可逆的沛,金屬鐵和氧化鋰的殘留物仍然存在炭。此外絛穗,磁鐵礦原始的“尖晶石”結構在帶電狀態下演化為“岩鹽”結構(在兩種結構中邵,鐵原子的位置並不完全相同)婁杠裸。在隨後的充放電循環中佛俠聰,岩鹽氧化鐵與鋰相互作用咸,形成氧化鋰與金屬鐵納米顆粒的復合物質沏姆。因為轉化反應不是完全可逆的撢,這些殘余產物會逐漸積累起來怠桓。科學家們還發現扔,電解質(使鋰離子在兩個電極之間流動的化學介質)在隨後的循環中會分解縛套。

在研究結果的基礎上逃揣瘟,科學家們提出一種儲能能力衰退的解釋土末斗。CFN電子顯微鏡小組的科學家老、共同首席作者Sooyeon Hwang說妻安,“由于氧化鋰的電子導電性較低緞乏斯,它的積累會對在電池正負極之間穿梭的電子形成屏障頻膏躊,我們把它叫做內部鈍化層眯故癌。同樣斯沃,電解質分解也會形成表面鈍化層舊,阻礙離子傳導碉。這些障礙累積起來驢吩,阻礙電子和鋰離子到達發生電化學反應的活性電極材料弟。”

科學家們指出扮匈,在低電流下運行電池懷烙,可以通過減慢充電速度普,恢復部分容量為電子傳輸提供足夠的時間;然而男嫂庫,要徹底解決這一問題煎發,還需要其他方案掣榷蓮。他們認為焦船,在電極材料中添加其他元素和改變電解質履富,可以改善容量衰減濃急。

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