在追求更高能量密度、更安全的未來能源解決方案的道路上，全固態(tài)鋰電池成為了科研界的寵兒。這些電池依賴于固體電解質(zhì)與電極間近乎完美的界面接觸和低阻抗，而復(fù)雜氫化物作為新型固態(tài)電解質(zhì)材料正逐漸嶄露頭角。全固態(tài)電池的發(fā)展需解決大容量和降低固態(tài)電解質(zhì)/電極界面間電阻的問題。近期，“復(fù)雜氫化物”作為一種有潛力的固態(tài)電解質(zhì)受到關(guān)注，以應(yīng)對這一挑戰(zhàn)。
01 活性材料Mg(BH4)2
研究聚焦Mg(BH4)2，將其作為全固態(tài)可充電鋰電池的轉(zhuǎn)換型負(fù)極活性材料。Mg(BH4)2先前已被報道為最常用的鋰離子電池負(fù)極材料，它可與鋰離子發(fā)生反應(yīng)，可獲得992mAh/g到3970mAh/g不等的理論比容量。
02 LiBH4的自生成效應(yīng)
根據(jù)反應(yīng)公式(4)，預(yù)期會生成LiBH4，這是一種鋰離子導(dǎo)體，有助于提升電極性能且減輕固態(tài)電池中因添加固態(tài)電解質(zhì)而帶來的能量密度損失。在固態(tài)電池中，除了電極中的活性材料外，還需要包括幾乎相同重量的固體電解質(zhì)，這是提高固態(tài)電池能量密度的主要障礙。然而，如果Mg(BH4)2根據(jù)反應(yīng)式（4）自行產(chǎn)生離子導(dǎo)體LiBH4，則Mg(BH3)2陽極應(yīng)不受阻礙。此外，另一種放電產(chǎn)物鎂金屬應(yīng)該有助于降低界面電阻。為了證實LiBH4的自發(fā)電效應(yīng)，我們比較了有/沒有LiBH4的情況下Mg(BH4)2的陽極性能。
03 實驗驗證
實驗中，通過調(diào)整Mg(BH4)2、AB以及LiBH4的比例，旨在驗證Mg(BH4)2自動生成離子導(dǎo)體LiBH4的可能性，這是提高電池能量密度的關(guān)鍵一步。通過FRITSCH行星式球磨機(jī)P7加強(qiáng)型精準(zhǔn)的研磨過程，為后續(xù)的壓制成片和電池性能測試奠定了堅實的基礎(chǔ)。最終，這些精心準(zhǔn)備的雙層餅狀電極與鋰金屬組裝成半電池，通過放電/充電循環(huán)測試，展示了Mg(BH4)2作為負(fù)極材料的巨大潛力。
04 工作原理
采用行星式運(yùn)動原理，能夠在密閉的惰性氣體氬氣環(huán)境下，對Mg(BH4)2與乙炔黑（AB）或添加了LiBH4的混合物進(jìn)行精細(xì)研磨。通過設(shè)定600rpm的轉(zhuǎn)速，它確保了材料的均勻分散。同時，本實驗應(yīng)用的球磨機(jī)的制冷單元可避免高溫下可能引起不必要的化學(xué)反應(yīng)，這對于像Mg(BH4)2這類對環(huán)境敏感的材料尤為重要。
05 總結(jié)
行星式球磨機(jī)不僅僅是研磨工具，更是科學(xué)研究的加速器，特別是全固態(tài)鋰電池領(lǐng)域的發(fā)展中扮演著重要角色。本實驗不僅加深了我們對復(fù)雜氫化物作為固體電解質(zhì)的理解，也為未來電池技術(shù)的革新提供了寶貴啟示。
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