“美国新发现有助于研发更小、更轻、更便宜的汽车电池”

根据世界汽车信息，美国能源部( doe )布鲁克海文国家研究所)的研究小组揭示了有关锂金属阳极电池内部反应机制的新细节，这一研究结果是朝着开发更小型、轻型、廉价的电动汽车电池迈出的重要一步。

布鲁克海文国立实验室电池研究者(照片来源:布鲁克海文国立实验室) ) ) )。

锂金属阳极

一直以来流传下来的锂离子电池被搭载在智能手机和电动汽车等各种电子设备中。 虽然锂离子电池广泛应用了许多技术但是在为电动汽车的长距离行驶提供动力方面仍然面临着挑战

为了制造适合电动汽车的电池，由美国doe太平洋西北国家实验室( pnnl )主导的许多美国国家实验室和在doe资助下的大学研究者一起成立了名为battery500的联盟，目标是制造能量密度为500wh/kg的电池单元 也就是说，能量密度是现在最先进电池的两倍。 因此，该联盟关注的是由锂金属阳极制成的电池。

与大多使用石墨作为阳极锂离子电池相比，锂金属电池使用锂金属作为阳极。 研究人员表示，锂金属阳极是满足电池500能量密度目标的重要因素之一，其能量密度是现有电池的两倍。 第一，这个阳极的比容量很高。 其二，可以实现电压更高的电池，通过两者的组合可以实现更高的能量密度。 ”

科学家们早就认识到了锂金属阳极的优点实际上，锂金属阳极是第一个与电池阴极结合的阳极。 但是，由于该阳极缺乏通过可逆的电化学反应充电的能力这一“可逆性”，电池研究者最终用石墨阳极代替了锂金属阳极制造了锂离子电池。

目前，经过几十年的进步，研究者有信心实现超越锂离子电池极限的可逆的锂金属阳极。 重要的是界面，即在电化学反应过程中在电池电极上形成的固体材料层。

研究人员表示，“如果能够完全了解这种界面，就能为材料的设计和可逆的锂金属阳极的构建提供重要的指导。 但是，要理解这个界面是非常困难的。 因为是非常薄的材料层，厚度只有几纳米，对空气体和湿度也很敏感。 因为要解决这个样本非常困难。 ”

/ S2// S2// NS2/NSLS -ⅱ/S2/]将这样的界面可视化[/S2/]

为了应对这样的课题，为了“看到”这个界面的化学构成和结构，研究人员使用布鲁克海文国立研究所doe科学事务所的客户机设备国家同步加速器光源ii(NSLS-ii )，产生超亮的x射线从原子尺度分析出这个界面的材料特征

除了利用nsls-ii的先进能力外，该研究小组还需要利用能够检测该界面全部成分的光束线(实验站)，用高能)短波长) x射线检测结晶相和非晶相。 该光束线是x射线粉末衍射( xpd )的光束线。

研究人员表示，“化学团队使用xpd的多模态方法，利用束线提供的两种不同的技术，x射线衍射( xrd )和对分布函数) pdf )进行分解。 xrd可以研究晶相，而pdf可以研究非晶相。 ”

xrd和pdf的分解表明，界面存在锂氢化物( lih )是令人高兴的结果。 几十年来，科学家们一直在争论界面内是否存在lih，这给形成界面的基本反应机制带来了不确定性。

研究人员表示，“lih和氟化锂( lif )有非常相似的晶体结构，我们提出发现lih的说法，受到了我们错误地认为lif是lih的质疑。 ”

考虑到与该研究相关的争论，以及区分lih和lif所面临的技术课题，该研究小组决定为lih的存在提供包括空气体暴露实验在内的多个证据。

研究人员表示，“lif在空气体中稳定，但lih不是。 实验证明，如果将该界面暴露在潮湿的空气体中，化合物的含量随时间减少，就会看到lih而不是lif，实际就是这样。 由于lih与lif不容易区分，从来没有进行过空气体暴露实验，因此很多文献报告中很可能将lih误认为lif，或者由于lih在湿润环境中的分解反应而未被注意到。 ”

研究人员接着说:“用pnnl完成的样本制造业对这项研究非常重要，很多人认为无法识别lih，是因为他们的样本在进行实验之前暴露在潮湿的环境中。 如果收集样品，密封，不正确运输样品，有可能会错过lih。 ”

除了确认lih的存在，这个团队还处理了围绕lif的另一个长谜题。 虽然lif一直被认为是接口的有利成分，但没有人完全理解其原因。 该小组查明了界面内lif以及大部分lif本身存在的结构差异，发现前者促进锂离子阳极和阴极之间的运输。

目前，布鲁克海文国家实验室、其他国家实验室及各大学的电池研究科学家们继续合作。 研究人员表示，这一研究成果将为锂金属阳极提供急需的实用指导，能够快速发展这种有快速发展前景的材料的研究。