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剖析鋰氧電池發(fā)展新一代電池

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1009次  |  2020年03月07日  

關(guān)于鋰氧電池系統(tǒng),研究人員公認(rèn)電池的充放電反應(yīng)產(chǎn)生類似甜圈和氣球狀的奇特反應(yīng)產(chǎn)物形狀。然而,這個(gè)形狀的如何形成仍然是一個(gè)謎。在氧氣氣氛中,原子尺度下的納米鋰-氧電池的新研究為解決這個(gè)謎題供應(yīng)了新線索。


鋰-氧反應(yīng)途徑的發(fā)現(xiàn)為鋰-氧系統(tǒng)中電化學(xué)過程的定量建模奠定了基礎(chǔ),為更好地設(shè)計(jì)具有高容量、更長周期壽命的鋰氧電池供應(yīng)了視角。


鋰-氧電池系統(tǒng)在電動(dòng)工業(yè)中是啟用技術(shù)。然而,鋰-氧電池的研究和開發(fā)受到了兩個(gè)懸而未決的問題的嚴(yán)重阻礙。第一,電池的充放電過程中電化學(xué)反應(yīng)的具體路線是什么?第二,反應(yīng)產(chǎn)物的形狀和反應(yīng)路線的具體關(guān)系是什么?這兩個(gè)問題的答案是基本的,但對鋰-氧電池的開發(fā)至關(guān)重要。


為了解決這個(gè)理論缺陷,來自太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)室的一組研究員與我國天津工業(yè)大學(xué)和環(huán)境分子科學(xué)實(shí)驗(yàn)室EMSL一起,在科學(xué)用戶設(shè)施能源部的環(huán)境分子實(shí)驗(yàn)室采用先進(jìn)的原位成像技術(shù)--環(huán)境透射電子顯微鏡,觀察納米鋰氧電池的充放電過程。他們發(fā)現(xiàn)氧氣與碳納米管上面的鋰反應(yīng)形成亞穩(wěn)態(tài)氧化鋰。


該氧化物轉(zhuǎn)變成更穩(wěn)定的氧化鋰,并釋放將顆粒膨脹成中空結(jié)構(gòu)的氧氣,產(chǎn)生甜圈形狀和氣球形狀。這種觀察更加普遍的表明:釋放的氧氣被容納的方式?jīng)Q定著鋰氧電池中反應(yīng)產(chǎn)物的復(fù)雜形態(tài)的形成。這項(xiàng)工作的結(jié)果不僅回答了上述的兩個(gè)問題,還供應(yīng)了對鋰氧電池中離子和電子傳輸與質(zhì)量流耦合的了解。


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