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Nat. Commun.: 石墨全電池,10.8分鐘充電80%!

Nat. Commun.: 石墨全電池,10.8分鐘充電80%!
極快充電(XFC,即15分鐘內(nèi)充電80%)是當(dāng)前鋰離子電池(LIB)技術(shù)的迫切要求,也影響充電基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃。通過固體電解質(zhì)界面(SEI)加速鋰離子傳輸是提高充電率的主要障礙;反之,由于在電極表面鍍鋰,SEI層的有限動力學(xué)會對電池循環(huán)壽命和安全產(chǎn)生負(fù)面影響。
Nat. Commun.: 石墨全電池,10.8分鐘充電80%!
在此,韓國首爾國立大學(xué)Jang Wook Choi等人注意到γ射線可以誘導(dǎo)形成具有有利成分的人造SEI層,且SEI層成分對充電速率有顯著影響。作者采用γ射線驅(qū)動的人造SEI層制備石墨負(fù)極以研究其電化學(xué)和物理化學(xué)性質(zhì),在電化學(xué)過程中,電子在還原過程中從石墨單向轉(zhuǎn)移到電解液的最低未占分子軌道(LUMO)形成SEI層。
因此,電解液中的鹽和溶劑均通過相同的機(jī)理被分解,從而提供了具有相對窄范圍的SEI層的組分。另一方面,γ射線照射可以驅(qū)動涉及自由基中間體的光化學(xué)反應(yīng)。因此,用γ射線照射可以優(yōu)先分解容易轉(zhuǎn)化為自由基的化合物,進(jìn)而改善SEI構(gòu)成的可調(diào)性。
Nat. Commun.: 石墨全電池,10.8分鐘充電80%!
圖1. 光化學(xué)驅(qū)動的SEI 層的表征
結(jié)果表明,引入的γ射線輻射加速了含F(xiàn)鹽的優(yōu)先分解,以誘導(dǎo)富含LiF的SEI層的形成。這種富含無機(jī)物的SEI層促進(jìn)了界面處的鋰離子擴(kuò)散,并且由于無機(jī)化合物的絕緣性質(zhì)而保持穩(wěn)定,從而實現(xiàn)長期循環(huán)壽命。
同時,對于容量為2.6 mAh cm-2的石墨全電池來說,在10.8分鐘內(nèi)可實現(xiàn)極快充電至80%的容量。目前的LIB生產(chǎn)線可能無法立即采用涉及使用γ射線的提議方法。然而,它提供了有用的見解,可以激發(fā)電解液工程實現(xiàn)XFC的可能研究方向。
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圖2. 石墨全電池的電化學(xué)測量
Photochemically driven solid electrolyte interphase for extremely fast-charging lithium-ion batteries, Nature Communications 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-27095-w

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