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NIMS发现锂空气电池充电电压升高的原因

2020-09-24 来源:盖世汽车 

盖世汽车讯 据外媒报道,日本国立材料科学研究所(NIMS)首次发现,在充电过程中,锂空气电池会之所以出现电压升高的现象,是与过氧化锂(Li2O2)的结晶度密切相关。过氧化锂是在放电循环过程中产生的一种化合物,这一发现有望为解决相关问题提供重要思路。

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(图片来源:NIMS)

锂空气电池的理论能量密度非常高,有望被广泛应用于各种技术,如无人机、物联网设备、电动汽车和家庭电力存储系统。但是,此类电池存在的最严重的问题是,在充电循环中电压升高(也就是过电位),导致循环寿命缩短。造成过电位的原因在此之前基本未知。

为了解决这个问题,研究团队研究了在放电循环中形成的产物Li2O2的结晶度。他们发现,在充电循环中,晶体结构更无序的Li2O2(即低结晶度)更易在较低的电压下分解。

研究人员表示,此类发现尚属首次。已知有两种电反应途径导致Li2O2形成:1)发生在碳电极表面的反应;2)发生在电解液内的反应(以非比例反应的形式)。研究发现,在充电循环中,在3.5 V或更低的电压下,表面生长的低结晶度Li2O2可以分解;当电压达到4V或更高时,溶液中生长的Li2O2开始分解。

系统分析表明,与表面生长的Li2O2相比,溶液中生长的Li2O2 表现出更有序的晶体结构,能够引起充电电压升高。因此,抑制此类高结晶度Li2O2的形成,可以降低电压。

研究人员将根据研究结果,探讨如何使锂空气电池主要产生结晶度低的Li2O2,从而显著提高其循环寿命;并将在NIMS-SoftBank先进技术开发中心继续进行研究,加快将其投入实际应用。