Entsperren der Festelektrolyt-Schnittstellenkomponenten von Lithiumbatterien zum Aufbau einer neuen Batterietechnologie

Während des Batterieladevorgangs wird eine elektrochemische Reaktion von Fluorwasserstoff erzeugt, die sich in festem Zustand von einem Elektrolyten in Lithiumfluorid umwandelt und Wasserstoff erzeugt. Solche Reaktionen hängen stark von Elektrodenmaterialien wie Graphit, Graphen und Metallen ab, was auch die Bedeutung von Batteriekatalysatoren belegt.

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 Argon National Laboratory in NatureCatalysis 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 von Lithium-Ionen-Batterien zu knacken, wissen jedoch nur, dass die Bildung von SEI einen SEI bildet, ein dünner Film von Tausendstel Millimetern auf der Graphitelektrode erzeugt wird und der Film den SEI schützen kann Grenzfläche vor schädlichen Reaktionen, während Lithiumionen zugelassen werden. Zwischen der Elektrode und dem Elektrolyten befindet sich ein Shuttle, sodass für eine Lithium-Ionen-Batterie ein SEI mit guter Leistung erforderlich ist. Strmcnik wies darauf hin, dass Batterieeffizienz und Langlebigkeit von der SEI-Qualität abhängen. Wenn Wissenschaftler ihre chemischen und unabhängigen Zusammensetzungsregeln herausfinden können, können sie die Batterieeffizienz durch SEI 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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