《研究人员发现锂离子电池“短寿”潜在因素》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2020-11-02
  • 锂和钠是高活性金属,这使得它们的单质形式难以研究。上海科技大学物质科学与技术学院研究员于奕与合作者利用透射电子显微镜(TEM)在成像过程中生成每一种元素的纯形态。相关成果近日发表于《自然—通讯》。

    透射电子显微镜通过从目标材料上弹射一束电子来成像。于奕与合作者用电子束轰击含有锂或钠的化合物。作为回应,化合物分解了。

    当化合物分解时,纯锂或钠的晶体析出并迅速向外膨胀,在结晶减慢之前的几秒钟内直径达到大约几百纳米。尽管样品是在真空室中,研究人员依然确定微量的氧使金属表面氧化了。

    研究人员还观察到长晶指从锂晶体中延伸出来。科学家怀疑,这种结构是在锂离子电池内部逐渐形成的,会缩短电池寿命,甚至引发火灾。作者希望透射电子显微镜能帮助解开这些手指的神秘面纱。

    相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41467-020-19206-w

  • 原文来源:http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2020/11/447794.shtm
相关报告
  • 《KIT研究人员发现锂离子电池中钝化层形成的秘密》

    • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2023-03-24
    • 在日常生活中,锂离子电池已经变得不可或缺,而锂离子电池关键是在初始循环中形成钝化层。据外媒报道,卡尔斯鲁厄理工学院(Karlsruhe Institute of Technology,KIT)的研究人员通过仿真发现固体电解质界面不是直接在电极上形成,而是在溶液中聚集形成。这一发现可优化未来电池的性能和寿命,且相关研究已发表于期刊《Advanced Energy Materials》。 图片来源:卡尔斯鲁厄理工学院 从智能手机到电动汽车,任何需要移动能源的地方几乎采用的都是锂离子电池。锂离子电池和其他液体电解质电池实现可靠的重要因素是固体电解质中间相(SEI)。该钝化层在第一次施加电压时形成。电解液在表面附近即时分解。到目前为止,尚不清楚电解质中的颗粒如何在电极表面形成高达100纳米厚的层,因为分解反应只能在距表面几纳米的距离内进行。 阳极表面的钝化层对锂离子电池的电化学容量和寿命至关重要,因为它在每个充电周期都承受着很高的压力。当SEI在此过程中破裂时,电解液会进一步分解,电池容量会降低,这一过程也决定了电池的寿命。通过正确了解SEI的生长和组成,可以控制电池的性能。但到目前为止,没有任何实验或计算机辅助方法足以破译SEI在不同维度上发生的复杂增长过程。 KIT纳米技术研究所(INT)的研究人员现已设法通过多尺度方法表征SEI的形成。研究小组主任Wolfgang Wenzel教授表示:“这解决了关于所有液体电解质电池的重大谜团,尤其是我们每天都使用的锂离子电池。” 超过50,000次针对不同反应条件的仿真 为了检查液态电解质电池阳极钝化层的生长和组成,INT的研究人员生成了代表不同反应条件的50,000多个仿真的集合。他们发现有机SEI的生长遵循溶液介导的途径。首先,直接在表面形成的SEI前体通过成核过程在远离电极表面的地方连接。随后核的快速生长导致形成最终覆盖电极表面的多孔层。 这些发现可提供解决方案,以解决SEI只能在电子可用的表面附近形成的问题,且一旦该狭窄区域被覆盖,SEI的生长就会停止。INT博士后和该研究的作者之一Saibal Jana博士解释说:“我们能够确定决定SEI厚度的关键反应参数。这将有助于未来开发电解质和合适的添加剂,以控制SEI的特性并优化电池的性能和寿命。”
  • 《钠离子电池成本望于2030年媲美锂离子电池——斯坦福大学新发现》

    • 来源专题:能源情报网监测服务平台
    • 编译者:郭楷模
    • 发布时间:2025-01-15
    • 斯坦福大学发布了一项关于电池技术成本竞争力的新研究。研究显示,到2030年代,钠离子电池的成本有望与锂离子电池相媲美。此次研究由斯坦福大学的可持续发展部Precourt能源研究所和SLAC-斯坦福电池中心联合进行,评估了超过6000种场景,深入探讨了钠离子电池的成本和可扩展性潜力。钠离子电池因其原料丰富而备受瞩目——钠元素相较于锂更为广泛且价格低廉,这预示着其在成本上的优势。研究发现,钠离子电池与现有的锂离子制造基础设施高度兼容,具备快速部署的条件。这些特性使得钠离子电池在成本控制和供应链弹性方面相较于锂离子电池展现出一定的优势。然而,值得注意的是,钠离子电池的单位重量所含能量通常低于锂离子电池。研究强调了钠离子电池未来发展的几个关键点,以与低成本锂离子电池(例如磷酸铁锂LFP)展开竞争。开发人员需要努力提升钠离子电池的能量密度,以接近LFP电池的水平。同时,研究人员指出,摆脱镍等昂贵材料对于降低钠离子电池成本至关重要,因为当前大多数钠离子设计都依赖于金属。 “我们清楚,钠离子电池是否、何时以及如何在价格上超越锂离子电池在很大程度上仍是推测,”姚博士表示,他曾是一家已商业运营的锂离子电池初创公司的创始人。研究人员指出:“假设通过针对性的研发能够取得实质性进展,我们确定了几种钠离子途径,这些途径可能在2030年代与低成本锂离子变体达到成本竞争力,”研究总结称:“在特定条件下,钠离子电池有望成为锂离子技术的可行替代方案,从而支持全球能源可持续目标的实现。” 尽管研究人员提醒,不应假定钠离子电池在短期内(尤其是在2030年之前)会比锂离子电池技术具有价格优势,但他们依然强调了钠离子在能源转型中的潜在作用。供应链的不稳定性可能会进一步凸显钠离子作为可扩展替代品的吸引力。