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研究稱,鋰基電池受到離子運動緩慢的影響 焦點觀察
發(fā)布時間:2023-04-18 15:56:00 文章來源:KE科日光伏網(wǎng)
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柏林Helmholtz-Zentrum中心(HZB)最近進(jìn)行的一項研究發(fā)現(xiàn),與傳統(tǒng)的鋰離子電池相比,固態(tài)鋰硫電池有可能提供更高的能量密度和安全性。


(資料圖片僅供參考)

然而,這項研究的結(jié)果揭示了固態(tài)電池發(fā)展的一個重大瓶頸。研究結(jié)果表明,正極復(fù)合材料中緩慢的離子傳輸是一個主要限制因素。

鋰離子電池在復(fù)合陰極內(nèi)傳輸緩慢,因而鋰離子電池的充放電機(jī)制也是緩慢的?,F(xiàn)在的挑戰(zhàn)是找到改善陰極復(fù)合材料內(nèi)離子輸送速率的方法。

研究人員重點指出,如果沒有實現(xiàn)陰極復(fù)合材料內(nèi)反應(yīng)的直接可視,這種效應(yīng)就不會被人們注意到,而這種效應(yīng)對固態(tài)電池的發(fā)展很重要。

研究方法

為了觀察固態(tài)鋰硫電池中鋰離子在陽極和陰極之間的運動,研究人員設(shè)計出一種專門的電池。

然而,使用X射線方式檢測鋰頗具挑戰(zhàn)。

為了解決這個問題,物理學(xué)家Robert Bradbury和Ingo Manke使用了中子射線攝影和中子斷層掃描方法。

對鋰來說,這些方法高度敏感,可以對樣品池進(jìn)行檢查。研究涉及Giessen (JLU), Braunschweig (TUBS)和Jülich (FZJ).等多個小組之間的合作。

Bradbury稱,使用中子射線照相術(shù)可以直接觀察鋰離子,從而更好地了解電池性能的局限性。

operando中子射線照相數(shù)據(jù)顯示,復(fù)合陰極有一個鋰離子傳播的反應(yīng)面,證實了有效離子低電導(dǎo)率對電池性能的負(fù)面影響。

3D中子斷層掃描圖像還顯示,在充電過程中,被捕獲的鋰集中在集電體附近,這降低了電池的容量,因為在充電時,并不是所有的鋰都被輸送回來。

研究人員指出,觀察到的電池中的鋰分布與基于多孔電極理論的模型是高度一致的。

研究人員解釋稱,模型中的電子和離子電導(dǎo)率條件與從中子成像中獲得的數(shù)據(jù)非常吻合,表明了模型的準(zhǔn)確性。

2023年3月,HZB的研究人員發(fā)現(xiàn),由金屬鹵化物鈣鈦礦制成的太陽能電池實現(xiàn)了很高的效率,可用液體油墨生產(chǎn),只需很少的能量輸入。

英國威爾士Swansea大學(xué)的研究人員最近研制出一種低成本、可擴(kuò)展的碳墨配方,這種配方能夠釋放出大規(guī)模制造鈣鈦礦太陽能電池的潛力。

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