Analyse von Festelektrolyt-Grenzflächenkomponenten in Lithiumbatterien

Obwohl Lithium-Ionen-Batterien heute der Hauptbestandteil der energiespeicherung sind, ist die molekulare und atomare Grundlagenforschung des Ladens und Entladens immer noch ein Rätsel. Laut der Studie des Nationalen Argonlabors für Naturkatalyse des Energieministeriums hat das Forscherteam einen Durchbruch in der chemischen Zusammensetzung der Festelektrolytgrenzfläche zwischen der Elektrode und dem flüssigen Elektrolyten erzielt.

Dies wird dazu beitragen, die Fähigkeit des Teams zu verbessern, die Batterielebensdauer vorherzusagen, was für Hersteller von Elektrofahrzeugen von entscheidender Bedeutung ist, sagte Dusan Strmcnik, Chemieingenieur am Materials Science Department (MSD) des Argonne National Laboratory.

Wissenschaftler haben lange daran gearbeitet, den SEI der Lithium-Ionen-Batterie zu knacken, wissen jedoch nur, dass beim Laden der Batterie SEI gebildet wird und auf der Graphitelektrode ein Millionen Millionen Millimeter dicker Film erzeugt wird, der die Grenzfläche vor schädlichen Reaktionen schützen kann . Gleichzeitig pendeln Lithiumionen zwischen Elektroden und Elektrolyten, so dass für Lithiumionenbatterien eine leistungsfähige SEI eine notwendige Bedingung ist. Strmcnik wies darauf hin, dass die Effizienz und Lebensdauer der Batterie von der SEI-Qualität abhängen. Wenn Wissenschaftler seine chemischen Eigenschaften und unabhängigen Zusammensetzungsregeln herausfinden können, kann SEI die Batterieeffizienz verbessern.

Daher bildete das Argonne National Laboratory ein internationales Forschungsteam mit der Universität Kopenhagen, Dänemark, der Technischen Universität München und der BMW Group und löste erfolgreich Lithiumfluorid, eine übliche chemische Substanz der Lithium-Ionen-Batterie SEI.

Experimente und Berechnungen zeigen, dass während des Batterieladens elektrochemische Reaktionen mit Fluorwasserstoff erzeugt werden und Lithiumfluorid vom Elektrolyten in einen festen Zustand umgewandelt wird und Wasserstoff erzeugt wird. Solche Reaktionen beruhen stark auf Elektrodenmaterialien wie Graphit, Graphen und Metallen. Dies beweist die Bedeutung von Batteriekatalysatoren.

Das Team entwickelte auch eine neue Methode zum Nachweis von Fluorwasserstoffkonzentrationen. Da Fluorwasserstoff eine schädliche Substanz ist, die durch Feuchtigkeit und Lithiumsalz (LiPF6) gebildet wird, ist diese Nachweismethode der Schlüssel für die zukünftige wissenschaftliche Forschung von SEI. Der Forscher NenadMarkovic sagte, dass die Studie in Zukunft im BMW Battery Research Center getestet wird. Der nächste Schritt in der Studie besteht darin, eine neue Lithium-Ionen-Batterietechnologie zu entwickeln, die heute einen weiteren Weg für Lithium-Ionen-Batterien eröffnet.

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