新的复合电池有可能包装五倍的能量密度

时间：2021-09-15 12:25:01 来源：

循环期间Li / Se细胞的标准化XANES光谱。黑线是电池电压曲线。

Argonne国家实验室和国王Zhdulaziz大学的新研究详细说明了新的复合材料，这些材料预计的能量密度比传统电池高五倍。

根据美国的开创性研究，基于硒（SE）硫化物作为充电锂离子（锂离子）电池中的正极的硫化物可以使电动车辆的范围升高至五次Eargonne National实验室能源先进的光子源。对材料的研究表明，它们具有常规电池的能量密度的五倍。

锂离子电池在可充电小工具中无处不在，如手机，平板电脑和GPS设备，以及早期电动车辆。由于这些技术的任何用户都将作证，锂离子电池的电荷量可以保持在电源插座之间可以忍受改善，特别是所有电动车辆将受益于更长的持久电池。问题是现有电极材料，而相对有效，不能将电能大量的电能包装成小体积，因此范围是有限的。

现在，来自Argonne和Abdulaziz大学（沙特阿拉伯国王）的研究人员希望弥补这一问题。它们以标准电池中的常规锂过渡金属氧化物正极材料为重点放在碳 - 硒硫化物复合材料上作为替代材料。预计这些复合材料的能量密度比传统电池高五倍。这可能意味着充电站之间的范围多达五倍。

研究人员指出，在典型的锂电池中，电容容量在每克材料120-10毫毫安（MAH）之间。使用新型复合材料可以提高该容量为每克约678毫安。虽然这种提升在理论上非常有吸引力，但当使用这些材料时，了解电化学变化的性质（而不是传统的锂金属氧化物电极）至关重要，以确保它们在未来的电池中将是可行的。

在先进的光子源上使用X射线科学部（XSD）束线11-ID-C，该团队在原位同步X射线衍射（六角）研究和互补，硒K边缘X射线进行吸收近边缘结构（XANES）分析观察在这些新型电极材料中发生的化学变化，因为它们充电和放电电池（参见P）。

在XSD弯曲磁束9-BM-C和20-BM-B上的传输模式下也在超过12-KeV能量下进行的这些测量。该技术允许该团队在电极中更换硒原子的改变化学物质以及它们如何在结晶和非晶相之间转化为电流和锂离子流过实验电池的醚基电解质。Argonne纳米级材料中心的拉曼显微镜提供有关在带电细胞的Li阳极上观察到的Li2se的更多信息。

这些X射线波束线上可用的六角和XA的力量允许瞬时监测充电和放电状态的电极材料中的相变。该团队可以究竟观察材料通过的中间阶段以及检测其化学氧化状态。这些细节对于开发新的稳定电极材料的开发至关重要，这些电极材料可能被充电和放电，如果不是数千，如果不是数千个，则在其寿命中重复。

该团队发现它是电解质的化学成分 - 吹浴电极的流体，并通过该流体通过该流体，并且通过该流体通过该流体，通过该流体通过该流体来通过该流体通过该流体，似乎对似乎对发生的变化产生最大的影响。研究人员表明，通过优化电解液，可以通过优化电解质来根据这些新的复合材料来调整电池的效率，从而提高电池性能。

电极电化学的X射线研究和分析，因为它的操作也允许该团队发现用于放电电池的过程的合理的化学机制。他们解释了复合电极减少以形成每锂原子以上硒原子的多糖烯醚;额外放电降低电压导致含有每个硒原子的两个锂离子的化学物质。充电涉及反向过程。该机制首先由团队提出和实验证明，它类似于实验锂 - 硫电极中看到的机制。

出版物：Yanjie Cui等，“（DE）LI / SESX（X = 0-7）电池通过原位同步X射线衍射和X射线吸收光谱法测定的电池，”J.IM“。化学。SOC。，2013,135（21），PP 8047-8056; DOI：10.1021 / JA402597G.

图像：氩气国家实验室

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