创建可再生能源应用中更高能量密度的锂离子电池
锂离子电池(LIB)充当可再生应用(例如,电动汽车和消费电子产品)的高性能电源,需要能够提供高能量密度而不损害电池寿命的电极。在《真空科学与技术杂志》 A中,研究人员研究了高能量密度LIB阴极材料降解的根源,并制定了缓解这些降解机理和改善LIB性能的策略。
他们的研究对于许多新兴应用可能是有价值的,特别是电动汽车和用于风能和太阳能等可再生能源的电网级储能。
作者Mark Hersam说:“ LIB中的大多数降解机制都发生在与电解质接触的电极表面上。” “我们试图了解这些表面的化学性质,然后制定使降解最小化的策略。”
研究人员将表面化学表征作为一种策略,用于识别和最小化NCA(镍,钴,铝)纳米颗粒合成过程中残留的氢氧化物和碳酸盐杂质。他们意识到,LIB阴极表面首先需要通过适当的退火来制备,该过程是将阴极纳米颗粒加热以去除表面杂质,然后通过原子薄的石墨烯涂层将其锁定在所需的结构中。
石墨烯涂覆的NCA纳米粒子被配制成LIB阴极,显示出最高的电化学性能,包括低阻抗,高倍率性能,高体积能量和功率密度以及长循环寿命。石墨烯涂层还充当电极表面和电解质之间的屏障,从而进一步提高了电池寿命。
尽管研究人员认为单独使用石墨烯涂层足以改善性能,但他们的研究结果表明,在应用石墨烯涂层之前,对阴极材料进行预退火以优化其表面化学性质非常重要。
尽管这项工作的重点是富镍的LIB阴极,但该方法可以推广到其他储能电极,例如钠离子或镁离子电池,这些电极结合了具有高表面积的纳米结构材料。因此,这项工作为实现高性能,基于纳米粒子的储能设备建立了一条清晰的道路。
“我们的方法也可以应用于改善库和相关的阳极的性能能量存储技术,” Hersam说。“最终,您需要同时优化阳极和阴极以实现最佳的电池性能。”
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