《自然》:鋰金屬電池陽極反應機制細節揭示更輕便經濟的動力電池或將到來

2021-02-15 EVCloud


由美國能源部(DOE)布魯克海文國家實驗室(BNL)的化學家領導的研究小組已經確定了鋰金屬陽極電池中發生的反應機制的新細節，這是朝著開發更小、更輕、更便宜的電動汽車電池邁出的重要一步。

研究成果已發表在《自然》子刊《自然納米技術》(Nature Nanotechnology)雜誌上。

與最常使用石墨作為陽極的鋰離子電池相比，鋰金屬電池使用鋰金屬作為陽極。鋰金屬陽極的比容量和能量密度更好。

現在，隨著幾十年的進步，研究人員相信他們可以使鋰金屬陽極可逆，超越鋰離子電池的極限。實現這一目標的關鍵是「界面」(interphase)，既在電化學反應過程中在電池電極上形成的固體材料層。

為了「看到」相間的化學組成和結構，研究人員使用了國家同步加速器光源二號(NSLS II)，其可產生超亮的X射線，用於研究原子尺度的材料特性。

除了NSLS II，研究團隊還需要使用一個能夠探測所有界面成分的波束線(實驗站)，包括晶體和非晶相，高能(短波長)x射線。這個光束線就是x射線粉末衍射(XPD)光束線。

團隊利用了XPD的多模態方法，使用了光束線提供的兩種不同的技術，x射線衍射(XRD)和對分布函數(PDF)進行分析。XRD可以研究晶體相，而PDF可以研究非晶相。

XRD和PDF分析揭示了令人興奮的結果：界面中存在鋰氫化物(LiH)。幾十年來，科學家們一直在爭論LiH是否存在於界面中，這是第一次使用具有統計可靠性的技術證明LiH存在。

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