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研究人员利用光伏废料开发出微型硅阳极可提高锂离子电池的性能

盖世汽车钟群 2024-07-18 11:14:06

盖世汽车讯据外媒报道，中国科学院（Chinese Academy of Sciences）青岛生物能源与过程研究所（QIBEBT）的研究人员使用新型电解质设计，从回收的光伏废料中开发出低成本的微型硅阳极。

图片来源：QIBEBT

这项开创性研究成果目前已发表在期刊《自然可持续性》（Nature Sustainability）上，为实现更可持续、低成本和高能量密度的电池提供了一条途径，有望改变电动汽车和可再生能源应用的储能系统。

与传统石墨阳极相比，硅阳极能够显著提高锂离子电池的能量密度，因而备受青睐。但硅阳极在充放电循环过程中会出现明显的体积膨胀，进而导致机械断裂，降低电池性能。

为了应对这些挑战，由崔光磊教授领导的研究团队率先使用从光伏废料中提取的微米硅（μm-Si）颗粒作为可行的替代品。这些微米硅阳极与专门设计的醚基电解质结合后，表现出显著的电化学稳定性，在200次循环后仍能保持99.94%的平均库仑效率和83.13%的初始容量。

该研究的第一作者刘涛博士表示：“这项研究不仅为硅颗粒提供了更可持续的供应来源，还解决了微型硅阳极材料面临的主要挑战。”

这种硅阳极成功的秘诀在于其独特的固体电解质界面相（SEI）化学性质，这是该研究团队采用创新的电解质成分的结果，即3 M LiPF6溶于1:3体积比的1,3-dioxane（1,3-二氧六环）和1,2-diethoxyethane（1,2-二乙氧基乙烷）中。这种配方能促进双层SEI的发展，既灵活又坚固，可以将断裂的硅颗粒结合在一起，同时改善离子传导并最大限度地减少副反应。

采用新型阳极和电解质组合的NCM811||μm-Si软包电池在苛刻条件下可进行80次循环，能量密度高达340.7Wh kg-1。与能量密度已接近极限的传统锂离子电池相比，这一性能有了显著提高。

该研究的另一位共同第一作者董甜甜博士表示：“从废弃的太阳能电池板中可持续地获取硅能够减轻光伏废料对经济和环境的影响。将废物转化为有价值的电池组件可以显著降低锂离子电池的成本，并提高其可获得性。”

崔教授表示：“通过使用可回收材料和先进的化学工程，我们证明了高性能和环境可持续的锂离子电池不仅是可能的，而且是触手可及的。”他乐观地认为，这项研究将促进下一代电池的开发，能够为从电动汽车到电网规模的储能提供动力。