技術文章
TECHNICAL ARTICLES全球能源體(ti) 係正在經曆一場根本性的變革。為(wei) 進一步降低對化石燃料的依賴,全球各地正在呼籲以更多樣化的電力解決(jue) 方案來滿足人類的能源需求。例如,電池可將化學能轉化為(wei) 電能,並將所有或大部分反應物儲(chu) 存在電池內(nei) 。
與(yu) 其他類型的電池相比,鋰離子電池的工作電壓和容量較高,是便攜式電子設備中迅猛發展的重要組件。過去幾十年,為(wei) 高功率和高密度電池尋找新型電極和電解質材料,是材料化學領域普遍研究的主題之一。
◇ 一些順磁性缺陷⸺例如,缺陷、雜質、無定形成分、瑕疵、化學計量變化域,會(hui) 影響電池的電化學儲(chu) 能性能。因此,防止金屬鋰不均勻沉積,對於(yu) 避免內(nei) 部短路非常重要。
◇ 陰極材料(LiMO2,其中M = Co、Ni、Mn、V、Fe)中存在的過渡金屬離子決(jue) 定了電池的工作電壓,並且會(hui) 對陰極材料的電化學特性產(chan) 生明顯影響。這些事實表明,研究陰極材料中的過渡金屬離子及其局部環境對於(yu) 評估電極性能至關(guan) 重要。
◇ 電解質溶液在電極上的許多分解機製中都會(hui) 形成活性中間體(ti) 自由基,這是電池發生自放電的主要原因之一。
圖1通過工況原位EPR,檢測多種不同形態的鋰。枝狀鋰的峰-峰線寬較小,約0.005 mT(綠色),呈現洛倫(lun) 茲(zi) 線型。蘚狀鋰的峰-峰線寬增至0.03 mT(藍色)。
塊狀鋰的峰-峰線寬較大,達到約0.15 mT(紅色),呈現戴森線型。插圖:電池充電14小時期間的鋰EPR信號圖。
新型鋰離子電池開發麵臨(lin) 的挑戰主要包括:
◇ 因自旋缺陷導致功率衰減,使得電池容量較低
◇ 自由基降解反應(主要發生在電池充電過程中)造成可逆性差,並且其具體(ti) 機製尚不明確。
EPR解決(jue) 方案:
◇ 對影響電池容量和性能的自旋缺陷和晶格缺陷進行檢測和量化。
◇ 直接監測與(yu) 電極接觸的電解質溶液的自由基反應。
◇ 評估自由基形成與(yu) 衰變速率,以研究儲(chu) 能過程中的自放電和容量衰減情形。
電池老化、功率下降和容量衰減源於(yu) 多種複雜機製,這些機製通常涉及過渡金屬離子和自由基。
我們(men) 可通過EPR波譜,對其表麵化學反應、相變和結構變化進行無損監測和研究。
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