水質監控電池發明者用新涂層來改善電池的壽命

鋰電池循環過程中,這些雜質會累積在電池富鎳陰極中。而在水質監控鋰電池中,鎳雖然是能量密度的關鍵,但同時它也是不穩定的。這導致在第一次充電和放電循環期間在陰極表面形成雜質,這反過來又使電池的存儲容量立即減少 10% 到 18%。此外,鎳在陰極結構的表面下產生了不穩定性,隨著時間的推移,這也開始降低電池的存儲容量。

2019 年,斯坦利·惠廷安(Stanley Whittingham)與其他兩位科學家因在 1970 年代開發鋰離子電池而獲得諾貝爾化學獎。此后,這項技術已經取得了長足的進步,但包括 Whittingham 在內的研究人員仍在努力通過實驗不同的材料來改進它們,而作為陰極的一個有希望的材料是一種名為 NMC 811 的鎳錳鈷材料。

在 Whittingham 的帶領下,由紐約州立大學賓漢姆頓分校、能源部和橡樹嶺國家實驗室的研究人員組成的團隊對 NMC 811 進行了多項化學研究。希望這將防止陰極中的不穩定性,研究人員通過 X 射線和中子衍射研究對這一點進行了調查。

研究者 Hui Zhou 表示:“中子很容易穿透陰極材料,揭示出鈮和鋰原子的位置,這為更好地了解鈮的改性過程是如何工作的。中子散射數據表明,鈮原子穩定了表面以減少第一周期的損失,而在更高的溫度下,鈮原子取代了陰極材料內部更深的一些錳原子以提高長期的容量保持”。

通話這種鎳錳鈷材料,在首次充電循環中就能減少容量損失。最終,它也提供了更好的長期性能,導致在250個充電周期內容量保持率達到 93.2%??茖W家們認為新的電池設計有很大的潛力,特別是在高密度存儲是一個優先事項的情況下,例如在電動運輸領域。

Whittingham 說:“在電化學性能和結構穩定性方面讓 NMC 811 成為一種候選的陰極材料,可用于更高能量密度的應用,如電動汽車。將鈮涂層與用鈮原子替代錳原子相結合,可能是提高初始容量和長期容量保持率的更好方法。利用目前NMC材料的多步驟制造工藝,這些修改可以很容易地擴大規?!?。

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