リチウム電池が不安定なのはなぜですか？

現在、リチウム硫黄電池の使用はますます広まっていますが、サイクル安定性が不十分な場合があります。科学者たちは、電解質の組成に関する研究を行うことで、この質問に対する答えをついに見つけました。

あなたがあなたの携帯電話を最も必要とするとき、あなたはそれについて心配しますか？電気自動車を運転するとき、電気がないときはどうしますか？これらの問題に対して、軽いリチウム硫黄電池があなたに答えることができます！そのエネルギー貯蔵容量はスーパーマーケットの棚にあるバッテリーの2倍以上ですが、電気がないことが多く、耐用年数は長くありません。エネルギー貯蔵研究合同調査センター（JCESR）とパシフィックノースウェスト国立研究所の科学者たちは、この問題の背後にある理由の1つを発見しました。

彼らは、バッテリーの電解質に使用されている塩が大きな違いを生むことを発見しました。 LiTFSI（リチウムビス（トリフルオロメチルスルホンイミド））と呼ばれる塩を電池の電解液にすると、最大充放電量を維持しながら200回以上の動作が可能です。リチウム硫黄電池では、LiTFSIは電極上のリチウム原子と硫黄原子を結合しますが、それらをすばやく放出します。対照的に、同様の電解質はリチウム原子と硫黄原子に対してより強い結合力を持ち、まったく放出されません。その結果、バッテリーのパフォーマンスが急速に低下します。バッテリーを数十回実行した後、エネルギーがありません。

電気自動車の懸念の1つは、高速道路を長時間運転しているときに、ドライバーが充電ステーションの間に閉じ込められたくないということです。この懸念により、消費者は低排気量車を購入することを決定しました。この研究の結果は、高エネルギーリチウム硫黄電池の設計ガイダンスに別の重要な要素を追加します。

リチウム硫黄電池に対する電解質の影響を判断するために、研究チームは関連する実験にLiTFSIとLiFSIを使用しました。 LiTFSIとLiFSIは非常によく似た電解質であり、LiFSIだけがLiTFSIよりも少ない炭素とフッ素を含んでいます。彼らは、環境分子実験室の機器を使用して、バッテリーの充電と放電のエネルギーを継続的にテストし、最後に電極を調査しました。

彼らは、電解質としてLiTFSIを使用するリチウム硫黄電池、リチウム原子が硫黄原子によって結合され、硫化リチウム（LiSx）が電極の表面に形成されることを発見しました。 LiFSIを電解質として使用すると、硫酸リチウム（LiSOx）が形成されます。 2つのリチウム化合物の組み合わせの気密性を計算することにより、彼らは硫化リチウムが容易に破壊されてリチウムを放出することを発見しました。ただし、硫酸リチウムは分離が難しいため、硫酸リチウムの酸素元素が原因です。

「巨視的成分分析とシミュレーションを組み合わせることで、どの結合が簡単に切断され、化学結合が切断された場合に何が起こるかを確認できます。」国立研究所の研究を率いる張智光（ジェイソン）博士は、次のように述べています。「このプロセスにより、電解質の挙動を特定し、より優れた電解質を設計し、リチウム硫黄のサイクル寿命を延ばすことができます。電池。」

研究者にとって、次のステップは、リチウムのアノード表面に保護層を形成して腐食から保護する電解質添加剤を研究することです。

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