Benutzerergebnisse|Chen Weihua Team der Universität von ZhengzhouNaturkommunikation»QSense QCM-DNeuer Durchbruch in der Forschung zu Elektrolyten für Natrium-Ionen-Batterien

Im Bereich der neuen Energien werden Natrium-Ionen-Batterien aufgrund ihrer Vorteile wie Ressourcenreichheit und niedrigen Kosten als ideale Wahl für die zukünftige Massenspeicherung angesehen. Die Stabilität des Elektrolyten war jedoch immer einer der Schlüsselfaktoren, die die Entwicklung von Natrium-Ionen-Batterien einschränkten. Kürzlich hat das Team von Chen Weihua an der Universität Zhengzhou„Verriegelungskettenelektrolytenadditiv zur Ermöglichung feuchtigkeitstoleranter Elektrolyte für Natrium-Ionen-Batterien“zum Thema, inNaturkommunikationForschungsergebnisse durch innovative AnwendungenQSense QCM-DDie Technologie, die den Mechanismus zur Verbesserung der Leistung der Natrium-Ionen-Batterie durch neue Elektrolyt-Additive eingehend analysiert hat, hat einen neuen Durchbruch in diesem Bereich gebracht.

Forschungshintergrund: Elektrolyte„Schmerzen“

Natriumionenbatterien Die Stabilität der Schnittstelle zwischen Elektrolyt und Elektrode ist beim Laden und Entladen von entscheidender Bedeutung. Allerdings herkömmliche Elektrolyte aufgrund des Vorhandenseins von Spuren von Feuchtigkeit (H₂OLeicht auslöst den Zerfall des Elektrolyten und die Korrosion der Elektroden, was zu einer schnellen Abnahme der Batterieleistung führt. Darüber hinaus bildet die Feststoff-Elektrolyt-Schnittstelle (SEIUnstabilität verschärft das Alterungsproblem der Batterie weiter. Wie man den Elektrolyten so optimiert, dass sie bei hoher Luftfeuchtigkeit stabil bleibt, ist eine Herausforderung, die Forscher dringend lösen müssen.

QSense QCM-D Technologie: Entdecken Sie die Elektrolyt-Elektrode-Schnittstelle

In dieser Studie haben die Forscher eine neue Art von“Ketten”Elektrolytzusatzvon 15 PBS（15-Krone-5) und wird in Natrium-Ionen-Batterie-Elektrolyten angewendet. Um den Wirkungsmechanismus dieses Additivs zu verstehen, haben die ForscherQSense QCM-DTechnologie, ein leistungsstarkes Werkzeug, das die Schnittstelleninteraktionen in Echtzeit überwachen kann.

QSense QCM-DTechnik durch Messung der Frequenz von Quarzkristallen (Δf(und zerstreuen)ΔDVeränderungen, die die Wechselwirkung zwischen dem Elektrolyten und der Elektrodenoberfläche genau erkennen können. Im Experiment nutzten die ForscherQSense QCM-DEchtzeit-Überwachung der Adsorption von Elektrolyten an der ElektrodenoberflächeAuflösenProzess.

Bild1:Mit Verriegelungskette15 PBSElektrolytzusatzstoffeHCNegativ extrem unlöslichSEI.

Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass der Elektrolyt enthält15 PBSFrequenz der Elektrodenoberfläche (Δf(und zerstreuen)ΔDVeränderungen unterscheiden sich erheblich von herkömmlichen Elektrolyten. Insbesondere,15 PBSExistenzUnterdrückung der WasserkatalyseElektrolyt auf der Oberfläche der ElektrodeAuflösungundTeilnahmeDichter und gleichmäßiger bildenreich an SulfidenSEIEbene. Diese dichteSEIDie Schicht verhindert effektiv den direkten Kontakt zwischen dem Elektrolyten und der Elektrode, wodurch dieübermäßigAuflösenundSEIAuflösung und Regeneration.

Experimentergebnisse: erhebliche Leistungssteigerung

Bild2: NNMVerriegelungskette am positiven Pol15 PBSStabilität von ElektrolytadditivenCEI

durchQSense QCM-DTechnik der Überwachung, die Forscher entdeckt, die Verwendung15 PBSNatrium-Ionen-Batterien für Elektrolyte erzielten erhebliche Verbesserungen in mehreren Schlüssellanzeigen:

1. Erhöhte Kreislaufstabilität: bei500 mA g⁻¹unter Stromdichte verwendet.15 PBSHartkohlenstoff aus Elektrolyten| auf₀.₇₂Ni₀.₃₂Mn₀.₆₈O₂ Die gesamte Batterie stabilisiert den Zyklus 2000 Zweitens ist die Kapazitätshaltung hoch89.5%Batterien mit herkömmlichen Elektrolyten halten unter den gleichen Bedingungen nur79.9%.

2. Hohe Vergrößerungsleistung: bei hoher Stromdichte (z.B.600 mA g⁻¹Unterhalb, verwenden15 PBSPositives Material der Elektrolyte (NNM(eine hohe Entladungskapazität aufrechterhalten)55,4 mAh g⁻¹Viel besser als herkömmliche Elektrolyte.

3. Verbesserte Schnittstellenstabilität: DurchQSense QCM-DTechnisch überwachtSEIStabilität und Gleichmäßigkeit der Schicht zeigen15 PBSDer Elektrolyt kann die Nebenreaktionen der Schnittstelle effektiv unterdrücken und die Lebensdauer der Batterie verlängern.

Zusammenfassung undSchlüsselrolle der QCM-D-Technologie

Kurz gesagt hat der Autor eine Kette entworfen.15 PBSAdditive zur Optimierung des Elektrolyten von der Phase zur Schnittstelle.15 PBSErfangen von SpurenH₂Ozur Verhinderung der Elektrolytkorrosion und zur Bildung einer stabilenSEI/CEIUm eine nachhaltige hohe Energiedichte zu erreichenSIB.MDSimulation zeigt,15 PBSReduziert.Na⁺−Lösungsmittelhülle undEGAnzahl der Positionen, BeschleunigungNa+Entlösung, um die Ansammlung von Lösungsmitteln an der Elektrodengrenzfläche zu reduzieren. Absorbiert inHCVerriegelungskette am negativen Pol15 PBSDurch AusschlussEDLmittenEG/DECundH₂OUm das Wachstum von Parasiten zu unterdrücken, was die aktiven Moleküle reduziert (cilokalen Konzentration, wodurch die von hochpolaren Lösungsmitteln abgeleitetenSEI(hoch)Pr(Bildung). Deshalb wird die Zerlegung vorrangig15 PBSBildung von Phenylreich/硫化物成分（RSO₃RundNa₂So₃undNa₂S(dünn)10 nmNiedrige Temperatur.TEM）SEIUm eine hohe Ionenleitfähigkeit zu gewährleisten und somit die Dynamik zu verbessern.Vor OrtEQCMund vor OrtDEMSBestätigt, mechanische ZähigkeitSEIGute elektronische Isolierung, auch bei hohen Temperaturen wirksam unterdrückbarSEIAuflösung und Regeneration im Kreislauf. Die Synergie zwischen der Reduzierung des Elektrolytverbrauchs und der Unterdrückung der Gasfreisetzung erhöht die Lebensdauer und die Sicherheit des Zyklus.

Diese Studie zeigt nicht nur15 PBSDas enorme Potenzial von Elektrolytadditiven zur Verbesserung der Leistung von Natrium-Ionen-Batterien wird noch deutlicherQSense QCM-DTechnik zur Analyse von Elektrolyten-Schlüsselrolle bei der Wechselwirkung der Elektroden. Durch die Überwachung der Schnittstellendynamik in Echtzeit können die Forscher die Wirkungsmechanismen von Additiven vertieft verstehen und die Elektrolyten entsprechend optimieren, was eine wichtige theoretische Unterstützung und praktische Anleitung für die kommerzielle Anwendung von Natrium-Ionen-Batterien bietet.

QSense QCM-DDie Technologie bietet mit ihrer hohen Empfindlichkeit und Echtzeitüberwachungsfähigkeit leistungsstarke Werkzeuge für die Forschung neuer Energiematerialien, die Forschern helfen, ständig neue Durchbrüche im Bereich der Batterietechnologie zu erzielen.

Fonds Unterstützung

Nationaler Naturwissenschaftlicher Fonds (U24A20566, 22279121)YaoDas offene Thema des Mountain Lab (2024002）、Nationales Forschungs- und Entwicklungsprogramm (Nr. 2023YFB3809500)、Gemeinsamer Forschungs- und Entwicklungsfonds der Provinz Henan (222301420009）、Schwerpunktforschungsprogramm der Provinz Henan (231111241400）、Universität von ZhengzhouWarten Sie!Die Projekte des Fonds unterstützen die Studie erheblich finanziell.

Original-Link

https://doi.org/10.1038/s41467-025-61603-6