Scientists Design Electrolyte For Lithium Metal Anodes For Use In Lithium Metal Batteries: Potential Applications In Metal Battery Systems That Provide Large-scale, Sustainable Energy

Home > Media > Wetenschappers ontwerpen elektrolyt voor lithiummetaalanoden voor gebruik in lithiummetaalbatterijen: mogelijke toepassingen in metalen batterijsystemen die grootschalige, duurzame energie leveren

Schematische voorstelling van de ionenverdeling van grensvlak-elektrolyt met hoge concentratie (linksboven) en de ontladings-/oplaadspanningsprofielen van het conventionele elektrolyt-concentratie en het grensvlak-elektrolyt met hoge concentratie (rechtsboven). Het schema onder aan de afbeelding illustreert het effect van het grensvlak-hoge-concentratie-elektrolyt op lithiumkiemvorming en plating.

CREDIT
Nano-onderzoek, Tsinghua University Press

Abstract:
Met de groeiende vraag naar elektrische voertuigen, neemt ook de behoefte aan zeer veilige batterijen met een lange levensduur toe. Toch overtreft de vraag van elektrische voertuigen naar batterijen met een hoge energiedichtheid de mogelijkheden van de huidige lithium-ionbatterijen. Wetenschappers zijn op zoek naar lithium-metaalbatterijen met lithiummetaal als anode omdat deze batterijen een veel hogere laadcapaciteit hebben. Er zijn echter veiligheidsproblemen met lithium-metaalbatterijen omdat dendrieten - stekelige, metalen microstructuren - zich vormen tijdens het laadproces.

Wetenschappers ontwerpen elektrolyt voor lithiummetaalanoden voor gebruik in lithiummetaalbatterijen: mogelijke toepassingen in metalen batterijsystemen die grootschalige, duurzame energie leveren

Tsinghua, China | Geplaatst op 7 oktober 2022

Een team van Chinese onderzoekers wilde het probleem van de vorming van lithiumdendriet oplossen en hoogwaardige lithium-metaalbatterijen bouwen met een lange levensduur. Het team heeft met succes een elektrolyt ontworpen dat de vorming van dendrieten onderdrukt. Deze elektrolyt levert uitstekende prestaties in lithium-metaalbatterijen en biedt oplossingen in het onderzoek naar het bouwen van zeer veilige lithium-metaalbatterijen met een lange levensduur.

De bevindingen van het team worden op 3 oktober 2022 gepubliceerd in het tijdschrift Nano Research.

Hoewel lithiummetaalanoden een groot potentieel hebben voor energierijke opslagbatterijen, baart de oncontroleerbare groei van lithiumdendrieten grote zorgen. De dendrietgroei vindt plaats wanneer de lithiumionen bewegen en naar een specifieke locatie op het lithiummetaaloppervlak worden omgezet. De dendrieten veroorzaken een slechte cyclusefficiëntie in de batterij en vormen een ernstig veiligheidsprobleem.

Het team pakte het dendrietprobleem aan door de voordelen van conventionele elektrolyten en hooggeconcentreerde elektrolyten te combineren. De hooggeconcentreerde elektrolyten overwinnen enkele van de tekortkomingen van conventionele elektrolyten en zijn veelbelovend voor gebruik in batterijen van de volgende generatie. De elektrolyt die het team heeft gemaakt, levert uitstekende elektrochemische prestaties in lithium-metaalbatterijen en onderdrukt de vorming van dendrieten. "De unieke structuur bevordert niet alleen de uniforme omzetting van ionen op het elektrodeoppervlak, maar zorgt ook voor een snelle beweging van ionen in de elektrolyt", zegt Chunpeng Yang, een professor aan de Tianjin University.

De onderzoekers begonnen hun werk door numerieke simulaties uit te voeren om het effect te onderzoeken van een negatief geladen coating om het grensvlak-elektrolyt met hoge concentratie te induceren. Vervolgens als proof-of-concept materiaal, bekleedden de onderzoekers stikstof- en zuurstof-gedoteerde koolstof nanosheets, die oppervlaktenegatieve ladingen hebben, met nikkelschuim om de elektrode te creëren. De positief geladen lithiumionen zijn geconcentreerd nabij de met stikstof en zuurstof gedoteerde koolstofelektrode die is gecoat met nikkel. Deze concentratie van lithiumionen bevordert de ladingsoverdrachtsreacties op de elektrode en draagt bij aan uitstekende elektrochemische cyclusprestaties. De onderzoekers voerden halfcel- en volceltesten uit op de elektrode met uitstekende resultaten. Hun elektrode presteert veel beter dan andere elektroden op basis van puur nikkelschuim.

"Dit biedt een eenvoudig principe voor het onderdrukken van de lithiumdendrieten door tegelijkertijd rekening te houden met de voordelen van conventionele elektrolyt en hooggeconcentreerde elektrolyt voor stabiele Li-metaalanode, die kan worden toegepast op andere substraten voor praktische metaalbatterijen", zei Yang.

Naast het coaten van negatief geladen materialen op de elektrode om de vorming van hooggeconcentreerde elektrolyten aan de grensvlakken te begeleiden, is het team van plan om andere manieren te zoeken om deze unieke elektrolytstructuur te verkrijgen als middel om hoogwaardige batterijen te bereiken. De onderzoekers hopen de commerciële toepassing van Li-metaalbatterijen met hoge energiedichtheid, hoge veiligheid en lange levensduur te bereiken door de batterijcomponenten systematisch te optimaliseren. "Onze onderzoeksresultaten kunnen worden uitgebreid naar meer metaal-batterijsystemen, zoals natrium-, zink- en magnesiummetaalbatterijen, die zullen bijdragen aan de realisatie van grootschalige energieopslag voor duurzame energievoorziening", zegt Yang.

Het onderzoeksteam omvat Haotian Lu, Feifei Wang en Lu Wang van de Tianjin University, het Haihe Laboratory of Sustainable Chemical Transformations en de National University of Singapore; Chunpeng Yang, van de Tianjin University en het Haihe Laboratory of Sustainable Chemical Transformations; Jinghong Zhou, van de East China University of Science and Technology; Wei Chen, van de Nationale Universiteit van Singapore; en Quan-Hong Yang van de Tianjin University en het Haihe Laboratory of Sustainable Chemical Transformations.

Dit onderzoek wordt gefinancierd door het National Key Research and Development Program van China, het Haihe Laboratory of Sustainable Chemical Transformations en de Fundamental Research Funds for the Central Universities.

####

Over Tsinghua University Press
Tsinghua University Press (TUP), opgericht in 1980 en toebehorend aan de Tsinghua University, is een toonaangevende uitgeverij op het gebied van hoger onderwijs en professioneel onderwijs in China. Toegewijd aan het bouwen van een wereldwijd cultureel merk op het hoogste niveau, heeft TUP na 41 jaar ontwikkeling een uitstekend managementsysteem en ondernemingsstructuur opgebouwd en multimedia- en multidimensionale publicaties geleverd over boeken, audio, video, elektronische producten, tijdschriften en digitale publicaties . Daarnaast voert TUP actief zijn strategische transformatie uit van educatieve publicaties naar inhoudsontwikkeling en service voor onderwijzen en leren en werd het uitgeroepen tot eersteklas nationale uitgever voor het behalen van opmerkelijke resultaten.

Over nano-onderzoek

Nano Research is een peer-reviewed, internationaal en interdisciplinair onderzoekstijdschrift, publiceert alle aspecten van nanowetenschap en -technologie, opgenomen in snelle beoordeling en snelle publicatie, gesponsord door Tsinghua University en de Chinese Chemical Society. Het biedt lezers een aantrekkelijke mix van gezaghebbende en uitgebreide recensies en originele baanbrekende onderzoekspapers. Na 15 jaar ontwikkeling is het uitgegroeid tot een van de meest invloedrijke wetenschappelijke tijdschriften op nanogebied. In 2022 InCites Journal Citation Reports, Nano Research heeft een impactfactor van 10.269 (9.136, 5 jaar), het totale aantal citaties bereikte 29620, de eerste plaats in de internationale academische tijdschriften van China, en het aantal veel geciteerde artikelen bereikte 120, gerangschikt in de top 2.8% van meer dan 9000 wetenschappelijke tijdschriften.

Voor meer informatie, klik hier

Kontakte:
Yao Meng
Tsinghua Universitaire Pers
Kantoor: 86-108-347-0574

Als u een opmerking heeft, alstublieft Neem contact op met ons op.

Uitgevers van nieuwsberichten, niet 7th Wave, Inc. of Nanotechnology Now, zijn zelf verantwoordelijk voor de juistheid van de inhoud.

Bladwijzer: