4 мин. чтения
9/20/2023 11:38:03 AM

Исследователи дают представление о твердоэлектролитных интерфазах в водных ионных батареях следующего поколения

Article Preview Image Команда, включающая исследователей из Токийского университета наук, использовала 2 уникальных аналитических метода для изучения образования пассивирующего слоя на электроде водных батарей, которые являются многообещающим вариантом для замены литий-ионных батарей в ближайшие годы.Кредит: Шиничи Комаба из Токийского университета науки

Литий-ионные батареи (LIBS) стали чрезвычайно популярными в качестве источника питания для широкого спектра электронных устройств и транспортных средств за последние два десятилетия.Хотя трудно переоценить преобразующие эффекты, которые LIBS оказали на современные общества, эта технология имеет справедливую долю недостатков, которые нельзя игнорировать дальше.К ним относятся ограниченная доступность лития, а также безопасность и экологические проблемы.

Эти недостатки побудили ученых по всему миру искать альтернативные технологии батареи, такие как водные батареи.Аккумуляторные батареи (KIBS) являются выдающимся примером;Эти батареи сделаны из обильно доступных материалов и намного безопаснее, чем LIBS.Более того, KIBS может использовать электролит с водой в соль (мудрый), который делает их более стабильными термически и химически.

Тем не менее, профилактика эволюции водорода в отрицательном электроде для его стабилизации является серьезной проблемой в водных батареях высоковольтных вод.В то время как твердоэлектролитные интерфазы (SEI), которые образуются между этими электродами и раствором электролита, помогают стабилизировать электроды в LIB (путем предотвращения разложения электролита и саморазряда батарей) они недавно исследовались в контексте KIB.

Чтобы устранить этот крупный разрыв в знаниях, исследовательская группа из Токийского университета наук (TUS), Япония, недавно провела новаторское исследование, чтобы получить представление о формировании SEI и их свойствах в мудрых киб.

Их выводы были опубликованы в журнале Angewandte Chemie International Edition 18 августа 2023 года. Исследование во главе с профессором TUS Shinichi Komaba является соавтором младшего доцента Риоичи Татара, доктора Захари Т. Госсаж и г-жа Нанако Ито., все из TUS.

Исследователи в основном использовали два передовых аналитических метода- экранирующую электрохимическую микроскопию (SECM) и электрохимическую масс-спектрометрию (OEM)- чтобы наблюдать, как SEI формирует и реагирует в режиме реального времени во время работы KIB с 3,4,9,10-Перилентетрокарбороночный димидный отрицательный электрод и 55 моль/кг K (FSA) 0,6 (OTF) 0,4 ∙ 1H2O, мудрый, разработанный командой в предыдущем исследовании.

Эксперименты показали, что SEI образует пассивирующий слой в мудром сродстве, который наблюдается в LIBS, с медленными кажущимися скоростями переноса электрона, помогая подавлять эволюцию водорода.Это может обеспечить стабильную производительность и более высокую долговечность KIB.Тем не менее, исследователи заметили, что охват слоя SEI был неполным при более высоких рабочих напряжениях, что приводило к эволюции водорода.

Взятые вместе, результаты показывают необходимость изучения потенциальных возможностей для улучшения формирования SEI в будущих водных батареях.«В то время как наши результаты показывают интересные подробности о свойствах и стабильности SEI, найденной в одном конкретном случае, мы также должны сосредоточиться на усилении сети SEI для достижения улучшения функциональности», - комментирует профессор Комаба.«SEI, возможно, может быть улучшена за счет разработки других электролитов, которые производят уникальные SEI, а также за счет включения электролитных добавок или предварительной обработки поверхности электрода».

Это исследование также подчеркивает силу SECM и OEM для получения твердого понимания электрод-электролитных взаимодействий в батареях следующего поколения.

«Эти методы обеспечивают мощные средства для отслеживания разработки, охвата, переноса ионов и стабильности SEI и могут быть легко адаптированы для различных электролитов и электродов», - объясняет профессор Комаба.«Мы надеемся, что эта работа побуждает других исследователей дальнейшее изучение SECM и OEMS как передовые методы характеристики, которые могут быть включены с традиционными измерениями батареи, чтобы получить более глубокое понимание».

Разработка водных аккумуляторов, таких как KIBS, будет способствовать устойчивым обществам в будущем, поскольку они могут заменить дорогие и опасные LIBS, которые в настоящее время используются в электромобилях, интеллектуальных сетках, системах возобновляемых источников энергии и морских применениях.Сделав хранение энергии более доступным, водные батареи помогут переходить к образованию нейтральной энергии углерода, прокладывая путь к более экологичному будущему.

Больше информации: Zachary T. Gossage et al., Наблюдение in situ развивающегося H2 и твердого электролитного межфазного развития в материалах для вставки калия в высококонцентрированных водных электролитах, Angewandte Chemie International Edition (2023).Doi: 10.1002/anie.202307446

Получи бесплатную еженедельную рассылку со ссылками на репозитории и лонгриды самых интересных историй о стартапах 🚀, AI технологиях 👩‍💻 и программировании 💻!
Присоединяйся к тысячам читателей для получения одного еженедельного письма

Подписывайся на нас:

Нашли ошибку в тексте? Напишите нам.

Добавляй ЛРНЧ в свою ленту Google Новостей.
Читайте далее 📖

Исследователи приближаются к зеленому водороду через электролиз воды

7/13/2024 · 4 мин. чтения

Исследователи приближаются к зеленому водороду через электролиз воды

Риски для здоровья при переходе кораблей с дизельного на аммиачное топливо

7/12/2024 · 4 мин. чтения

Риски для здоровья при переходе кораблей с дизельного на аммиачное топливо