新型鉛基陽極 可用于新一代鋰離子電池

新型鉛基陽極可用于新一代鋰離子電池\o"鋰離子電池"#鋰離子電池\o"陽極"#陽極\o"鉛基"#鉛基鋰離子電池一直被廣泛應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦和電動(dòng)汽車等設(shè)備。但科學(xué)家們一直在尋找新的、更優(yōu)化的組件，從而發(fā)明出性能更好的電池，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。來自美國(guó)能源部（DOE）阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們發(fā)表報(bào)告稱，低成本材料鉛和碳可用于鋰離子電池的電極設(shè)計(jì)。來源：阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室此項(xiàng)研究對(duì)于設(shè)計(jì)低成本、高性能、可持續(xù)發(fā)展的鋰離子電池意義重大，可以為混合動(dòng)力和純電動(dòng)汽車提供動(dòng)力。鋰離子電池的工作原理是在充放電過程中，鋰離子在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌。目前的石墨陽極可進(jìn)行數(shù)千次充放電循環(huán)，但在儲(chǔ)能方面似乎已達(dá)到極限。使用鉛替代石墨作為陽極材料。鉛儲(chǔ)量豐富且廉價(jià)，一直備受矚目。作為汽車輔助電源，鉛酸電池歷史悠久，因此鉛擁有完善的供應(yīng)鏈，是世界上回收利用最多的材料之一。此外，新型負(fù)極可以為當(dāng)前鉛酸電池制造和回收的大型企業(yè)增加新的收入來源。該陽極并非一塊普通鉛板，而是由無數(shù)個(gè)具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的微觀顆粒組成，即鉛納米顆粒嵌入碳基質(zhì)中，被氧化鉛薄殼包圍。該結(jié)構(gòu)聽起來很復(fù)雜，但研究團(tuán)隊(duì)發(fā)明出一種簡(jiǎn)單、低成本的制造方法。采用的方法包括將大的氧化鉛顆粒與碳粉混合并振蕩數(shù)小時(shí)，從而形成具有所需核-殼結(jié)構(gòu)的微觀顆粒。研究人員共對(duì)鉛基納米復(fù)合陽極電池進(jìn)行了100多次充電循環(huán)測(cè)試。結(jié)果顯示，其儲(chǔ)能能力是當(dāng)前石墨陽極電池的兩倍（重量相同情況下）。小粒徑的顆?？删徑鈮毫Γ蓟|(zhì)又可提供所需的導(dǎo)電性，并充當(dāng)緩沖劑，防止循環(huán)過程中體積膨脹破壞，因此該電池可在循環(huán)過程中實(shí)現(xiàn)性能穩(wěn)定。此外，研究小組還發(fā)現(xiàn)，向標(biāo)準(zhǔn)電解液中添加少量碳酸氟代亞乙酯同樣可以顯著提高性能。通過同步加速器X射線衍射，研究人員可以跟蹤負(fù)極材料在充電和放電時(shí)的相變。將該研究結(jié)果與西北大學(xué)原子與納米表征中心和DOE布魯克海文用戶設(shè)施的同步加速器光源II的收集結(jié)果相結(jié)合，可以揭示在充電和放電過程中，鉛和鋰離子之間發(fā)生的未知電化學(xué)反應(yīng)。這一發(fā)現(xiàn)將對(duì)理解鉛和硅陽極的反應(yīng)機(jī)理產(chǎn)生重要影響。硅陽極是新一代鋰離子電池的低成本、高性能選擇。該項(xiàng)研究