【介紹】

 

固態(tài)電池技術(shù)是突破鋰離子電池能量密度瓶頸的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是電化學(xué)儲能領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。與傳統(tǒng)鋰離子電池相比，固體電池更安全，因?yàn)樗缓簯B(tài)有機(jī)溶劑，也沒有液體泄漏和氣體燃燒等問題。另外，現(xiàn)在假設(shè)固體電解質(zhì)穿越具有良好的機(jī)械強(qiáng)度，在使用金屬鋰陰極時可以避免枝晶生長問題。固態(tài)電池的主要問題是多樣性，即充電和放電速度較慢。為了解決這個問題，需要具有很高離子電導(dǎo)率的固體電解質(zhì)。近年來，各種金屬硼化物(Li2B12H12、LiCB11H12等)被發(fā)現(xiàn)具有很高的離子電導(dǎo)率，有望成為優(yōu)良的固體電解質(zhì)。然而，它們的熱力學(xué)穩(wěn)定性、正負(fù)電極間的適合度以及抑制枝晶生長的能力仍存在很大的疑問。

 

(效果介紹)

 

最近，香港科技大學(xué)(hkust)的Francesco Ciucci的團(tuán)隊(duì)使用量子化學(xué)核算系統(tǒng)研究了金屬硼氫化物(Li, Na, Ca, Mg)的熱力學(xué)性質(zhì)及其與電極的相容性。采用基于研究。[4]的討論表明金屬硼氫化物在高氧化熱力學(xué)潛在不安全,但其差異化的產(chǎn)品具有較高的電化學(xué)窗口,因此能夠限制電解質(zhì)膜的進(jìn)一步分化,結(jié)果的基礎(chǔ)上提出了世界一種界面穩(wěn)定機(jī)制和李猜,氫化鈉硼微電化學(xué)窗口可以放大到5 v的機(jī)械功能金屬硼氫化也是討論和發(fā)現(xiàn)它剪切模量較低,因此與純金屬電極的機(jī)械適應(yīng)性差和樹突增長難以克制。通過相關(guān)的陰離子巨浪能壘和觀測到的離子超導(dǎo)相變溫度(超離子相變溫度)，提出了不同半徑摻雜陰離子旅行離子電導(dǎo)率的方法，并得到了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

 

除Ca外，與純金屬電極的反作用力不強(qiáng)，所以只有Ca的硼氫化物在回收電位下比較容易區(qū)分。參見圖3中的電化學(xué)窗口。在氧化條件下，Li2B12H12與Li2B12H12短暫分化為Li2B12H12, Li2B12H12相對穩(wěn)定，不會繼續(xù)被氧化，保護(hù)了LiBH4等固體電解質(zhì)(見圖4)。

 

之前Monroe等人[5]提出了“兩倍剪切模量理論”來預(yù)測電解液是否能夠抑制枝晶的生長:當(dāng)電解液剪切模量大于金屬鋰的剪切模量時，界面可以穩(wěn)定。與Li和Na borohydrodes相比，剪切模量相對較小，因此，與以前廣泛認(rèn)為的不同，這種固體電解質(zhì)可能無法抑制枝晶的生長。因此，需要進(jìn)行長期的大電流充放電試驗(yàn)。

 

圖6量子化學(xué)計算的負(fù)離子翻滾能壘與相變溫度的關(guān)系;各種金屬硼氫化物的陽離子缺陷構(gòu)成能

 

 

 

金屬硼氫化物通常有兩相。低溫時，金屬硼氫化物陰離子不滾動，陽離子緩慢松散。因此，當(dāng)臨界溫度降低到室溫時，可以利用旅行離子的電導(dǎo)率。作者發(fā)現(xiàn)臨界溫度與負(fù)離子翻滾能壘高度相關(guān)(圖6)，并提出無半徑的負(fù)離子摻雜可以降低溫度，Yan Yigang等人最近的實(shí)驗(yàn)討論驗(yàn)證了這一點(diǎn)。

 

動力學(xué)模擬結(jié)果表明，鎂和鈣硼氫化物的溶解度較低，不適合在室溫固態(tài)電池中作為電解質(zhì)。(圖7)

 

【摘要】

 

金屬硼氫化物是一種理想的固體電解質(zhì)。由于界面穩(wěn)定機(jī)理，它們具有良好的電化學(xué)抗氧化性能。然而，研究了金屬電極對長周期枝晶生長的要求。