鋰離子電池為從手機到筆記本電腦再到電動汽車的所有設(shè)備供電。世界各地的科學家一直在尋找新的和改進的組件，以為這些應用和其他應用制造更好的電池。
美國能源部（DOE）的阿貢國家實驗室（Argonne National Laboratory）的科學家報告了一種使用低成本材料的鉛和碳為鋰離子電池設(shè)計的新電極。這項重要發(fā)現(xiàn)的貢獻者還包括西北大學，布魯克海文國家實驗室和蔚山國立科學技術(shù)研究院（UNIST）的科學家。
阿貢大學化學科學與工程（CSE）的首席作者兼材料科學家Eungje Lee表示：“我們的研究對于設(shè)計可為混合動力和全電動汽車提供動力的低成本，高性能，可持續(xù)發(fā)展的鋰離子電池具有令人興奮的意義。
鋰離子電池的工作原理是在充電過程中將鋰離子插入陽極，并在放電過程中將其除去。目前的石墨陽極可以進行數(shù)千次這樣的充放電循環(huán)，但在儲能能力方面似乎已達到其極限。
Lee說：“我們決定研究鉛，以替代石墨作為陽極材料。鉛之所以特別具有吸引力，是因為它既便宜又便宜。此外，由于鉛酸電池為汽車提供輔助電源的悠久歷史，它擁有完善的供應鏈，是世界上回收利用最多的材料之一。在美國，當前的鉛回收率是99％。
李補充說：“我們的新陽極可以為目前從事鉛酸電池制造和回收的大型行業(yè)提供新的收入來源。”
該團隊的陽極不是一塊普通的鉛板，而是無數(shù)個具有復雜結(jié)構(gòu)的微觀顆粒：鉛納米顆粒嵌入碳基質(zhì)中，并被氧化鉛薄殼包圍。盡管此結(jié)構(gòu)聽起來很復雜，但該團隊發(fā)明了一種簡單，低成本的制造方法。
“我們的方法包括將大的氧化鉛顆粒與碳粉混合振蕩數(shù)小時，直到形成具有所需核-殼結(jié)構(gòu)的微觀顆粒，”該項目的主要研究人員兼CSE的Argonne杰出研究員Christopher Johnson解釋說。
在超過100個充放電循環(huán)的實驗室電池中進行的測試表明，新的鉛基納米復合陽極的儲能能力是當前石墨陽極的兩倍（對于相同的重量進行標準化）。循環(huán)過程中穩(wěn)定的性能是可能的，因為小粒徑的顆?？删徑鈶?，而碳基質(zhì)提供所需的導電性，并充當緩沖劑，可防止循環(huán)過程中破壞體積膨脹。研究小組還發(fā)現(xiàn)，向標準電解液中添加少量的碳酸氟代亞乙酯會顯著提高性能。
研究人員在由DOE科學使用者設(shè)施辦公室Argona的Advanced Photon Source由芝加哥大學運營的GeoSoilEnviro高級輻射源中心（GSECARS）研究了其陽極的充放電機理。通過同步加速器X射線衍射，他們能夠跟蹤負極材料在充電和放電時的相變。這些表征結(jié)果與西北大學原子與納米級表征中心以及布魯克海文的DOE用戶設(shè)施國家同步加速器光源II所收集的結(jié)果相結(jié)合，揭示了充電和放電時鉛與鋰離子之間發(fā)生的電化學反應，以前是未知的。
Lee說：“這一基本見解可能對理解鉛和硅陽極的反應機理很重要。”
硅陽極是下一代鋰離子電池的另一種低成本，高性能的選擇。
約翰遜說：“我們的發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了目前對這種電極材料的理解。” ``我們的發(fā)現(xiàn)還為設(shè)計用于運輸和固定儲能的低成本，高性能陽極材料提供了令人興奮的含義，例如用于電網(wǎng)的備用電源。''

該團隊的論文發(fā)表在最近出版的《高級功能材料》上。

原文鏈接：https://www.xianjichina.com/special/detail_473686.html
來源：賢集網(wǎng)
著作權(quán)歸作者所有。商業(yè)轉(zhuǎn)載請聯(lián)系作者獲得授權(quán)，非商業(yè)轉(zhuǎn)載請注明出處。