中國科學院過程工程研究所在外場強化傳質(zhì)穩(wěn)定鋰負極界面取得新進展
電動汽車、智能電網(wǎng)、航空航天等領(lǐng)域的飛速發(fā)展，對能源存儲系統(tǒng)提出了更高要求。隨著鋰離子電池的廣泛應用，鋰金屬負極因其較高的理論比容量和較低的電化學電位備受關(guān)注。然而在電化學沉積或剝離過程中，鋰金屬負極的體積變化、界面不穩(wěn)定性以及鋰枝晶生長等原因?qū)е碌碾姵厥褂脡勖s短及安全問題，制約了鋰金屬電池的大規(guī)模商業(yè)化應用。
近日，過程工程所介科學研究部材料表界面研究小組，針對固體電解質(zhì)界面 (SEI) 膜在充放電過程中的不穩(wěn)定性，提出了SEI膜擴散受限的破裂機制，并進一步通過在電極外部施加平行磁場增強鋰離子在SEI膜局部區(qū)域的擴散速率，實現(xiàn)鋰離子在放電過程中的均勻剝離，抑制SEI膜的破裂，進而提高鋰電池的電化學性能和使用壽命，為二次電池擴散受限問題提供了一種新的解決思路。相關(guān)工作發(fā)表在Advanced Energy Materials (Diffusion Enhancement to Stabilize Solid Electrolyte Interphase, Adv. Energy Mater. 2021, 2101774.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202101774)， 本文第一作者為博士生陳云逸，通訊作者為韓永生研究員。
外加磁場強化界面?zhèn)髻|(zhì)抑制SEI膜的破裂
韓永生課題組長期從事材料表界面的反應和傳質(zhì)研究。針對二次電池充放電過程中，由于反應和傳質(zhì)不匹配導致的鋰金屬負極表面枝晶的生長問題，提出采用外加電場 (Adv. Energy Mater. 2019, 9, 1900019) 和外加磁場 (Green Energy Environ. 2020, https://doi.org/10.1016/j.gee.2020.12.014.) 強化鋰離子傳輸，削弱電沉積界面處離子濃度梯度，達到抑制鋰枝晶生成的目的。目前，正在研究外場對固態(tài)電解質(zhì)中鋰離子傳導機制和傳導速率等的影響，以期開發(fā)基于外場強化傳質(zhì)的高效安全儲能技術(shù)，推動金屬電池和固態(tài)電池的商業(yè)化應用。
該研究得到國家自然科學基金委以及多相復雜系統(tǒng)國家重點實驗室項目的支持。
（介科學研究部）
