Ny metode hjælper med at kvantificere reversibilitet og irreversibilitet af praktiske Li-metalbatterier

En forskergruppe ledet af prof. Liu Zhaoping ved Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering (NIMTE) under det kinesiske videnskabsakademi (CAS) har foreslået en analytisk tilgang til kvantitativ evaluering af reversibiliteten og irreversibiliteten af ​​praktiske lithiummetalbatterier (LMB'er). ). Deres undersøgelse blev offentliggjort i Nature Energy .

Takket være deres fremragende energitæthed er LMB'er anerkendt som et vigtigt fokus inden for batteriteknologi. Den dårlige elektrokemiske reversibilitet af lithiummetalanoder er imidlertid blevet en stor flaskehals for at forbedre LMB'ers cykluslevetid; derfor er nøjagtig analyse af reversibiliteten af ​​lithiummetalanoder en vigtig forudsætning for udviklingen af ​​langtidsholdbare LMB'er.

På grund af det overdrevne "lithiumreservoir" i anoden, der kontinuerligt kompenserer for det irreversible tab af lithium under cykling, forbliver den sande reversibilitet af lithiummetalanoden et uløst puslespil.

Med dette i tankerne har forskerne ved NIMTE udviklet en innovativ metode til kvantitativt at skelne aktivt fra inaktivt lithium i den cykliske lithiummetalanode i et praktisk lithiumbatterisystem. Denne metode muliggør således for første gang den nøjagtige kvantificering af den elektrokemiske reversibilitet af en lithiummetalanode.

I betragtning af, at den faste elektrolyt-interfasefilm, der indkapsler "dødt lithium", har en organisk opløsningsmiddelbarriere, brugte forskerne innovativt hybrider af biphenyl og tetrahydrofuran som selektive opløsningsmidler for at opnå fysisk adskillelse af "aktivt lithium" fra "dødt lithium."

Efter opløsning af det "aktive lithium" i biphenyl/tetrahydrofuran blev mængden af ​​lithiumioner målt ved induktivt koblet plasma-optisk emissionsspektrometri.

Derudover blev mængden af ​​hydrogen produceret ved reaktionen af ​​resterende "dødt lithium" og deioniseret vand målt ved gaskromatografi. Således blev der opnået præcis kvantificering af "aktivt lithium" og "dødt lithium".

Baseret på den matematiske model, at irreversibiliteten af ​​lithiummetalanoder vokser eksponentielt med antallet af cyklusser, kvantificerede forskerne indholdet af "aktivt lithium" og "dødt lithium" ved forskellige cyklusser og opnåede dermed de nøgleparametre, der beskriver lithiummetals sande reversibilitet. anoder.

Denne kvantitative analytiske metodologi kan også anvendes på faktiske poseceller og afslører iboende reversible forskelle i lithiummetalanoder under forskellige driftsforhold, herunder stablingstryk og ladnings-/afladningshastigheder.

Dette arbejde giver et kvantitativt komparativt værktøj til at få indsigt i virkningerne af forskellige designparametre og driftsbetingelser på reversibiliteten af ​​lithiummetalanoder, hvilket åbner en måde til nøjagtigt at vurdere nedbrydningen og svigt af LMB'er og dermed lette det videre design og udvikling af høj -performance LMB'er. + Udforsk yderligere

Reaktive elektrolytadditiver forbedrer lithiummetalbatteriets ydeevne