電極と電解質の間の界面は、バッテリーがエネルギーを変換する効率に大きく貢献します。近年、より優れた性能の電池の開発を目的とした多くの取り組みは、充電式電池、特にリチウム金属電池 (LMB) のエネルギー密度を高めるために電極/電解質界面を調整することに焦点を当てています。

LMB は、一般的に使用されているグラファイトベースのアノードの代わりに、Li 金属アノードを統合した有望なバッテリー ソリューションです。リチウムイオン電池(LiB)。LiB と比較して、これらのバッテリーは大幅に高いエネルギー密度とより速い充電速度を示す可能性があります。

それにもかかわらず、これまでに開発された多くのLMBには、高い製造コスト、低いクーロン効率、充電中のLiデンドライトの成長などの重大な制限があります。Li デンドライトは木のような Li 金属ベースの構造で、バッテリーの充電中にアノードの表面に形成される可能性があり、過熱や発火の危険性が高まると同時に、バッテリーの性能も低下します。

LMB のこの重要な制限を克服する可能な解決策は、Li を規制することです。⁺溶媒和構造と新しい電解質を設計して、固体電解質界面（SEI）の形成を促進し、電極/電解質界面を安定化します。多くの研究がこれらの目標に焦点を当ててきましたが、バッテリー内の誘電環境がこの界面の安定化/不安定化にどのように寄与するかを調査した研究はほとんどありませんでした。

浙江大学および中国のその他の研究機関の研究者たちは最近、この研究課題を探る研究を実施しました。彼らの論文、出版されたで自然エネルギーは、LMB に関連する問題のいくつかに対処するのに役立ち、安全性と信頼性を向上させる可能性がある誘電プロトコルの概要を示しています。

「電気自動車とエネルギー貯蔵市場が成長し続けるにつれて、LIBの需要は今後も増加し続けるだろう」と論文の共著者であるXiulin Fan氏はTechXploreに語った。「しかし、低炭素または炭素フリーの経済を達成するには、現在のLIBよりも優れた性能の電池が必要です。これには、電気機器に電力を供給できる、500Wh/kgを超えるエネルギー密度を備えたエネルギー貯蔵技術が必要です」LIB と比較して、1 回の充電ではるかに長い寿命を実現するために、グラファイト電極の代わりに金属電極を備えたリチウム金属電池 (LMB) が注目を集めていますが、これらの電池は実験室と産業の両方で早期寿命の問題に直面しています。-持続性があり、高エネルギー密度のLMB。」

研究者の論文で紹介されているLMB設計のアプローチでは、電池の誘電体を介して変調できる界面電場の電極/電解質界面への影響が考慮されている。電池で使用される誘電体媒体を制御することにより、そのプロトコルはカチオンとアニオンの配位の完全性を保証し、アニオンが豊富な電解質を界面電場にさらすことによる SEI の形成を可能にします。

「誘電プロトコルでは、カチオン - アニオン ペアを、電場による解離からカチオン - アニオン ペアを保護できる、誘電率の高い非溶媒和溶媒に入れる必要があります」とファン氏は説明しました。「これにより、電極と電解質の界面近くにアニオンが豊富な領域が形成されます。このような界面構成により、界面でのアニオン分解が優先されるため、Li金属パウチセル内のLi堆積物に強力な界面化学が与えられます。」

「帯電界面では、カチオンとアニオンのペアが周期的な振動分布で配置されます」と、Zhang、Li、および彼らの同僚は書いています。「振動振幅が低いと、電解質の分解が悪化して表面インピーダンスが増加します。私たちは、界面での高い振動振幅でカチオンとアニオンの協調を維持する誘電体プロトコルを提案し、これらの問題に対処します。」

新しく提案されたプロトコルを使用して、チームは超無駄のないプロトコルを実現しました。電解質(1?ガ?アー^–1）、彼らはリチウム金属パウチセルでテストしました。得られたパウチ電池は、500 Wh?kg という驚くべきエネルギー密度を示すことが判明しました。^–1。

「この研究により、帯電した電極と電解質の界面におけるアニオンとカチオンの空間分布が明らかになりました」とファン氏は語った。「これにより、電解質組成を調整することで界面特性を調整できるようになり、電池の性能を向上させることができます。」

他の研究グループも、間もなくこの研究チームの誘電体媒介アプローチからインスピレーションを得て、LMB 用の他の有望な電解質を調製する可能性があります。これらの取り組みを総合すると、より信頼性の高い高密度バッテリー ソリューションの開発に貢献できる可能性があります。

「リチウム金属電池はエネルギー密度が高いため、火災や爆発などの重大な安全上の危険を引き起こす可能性があります」とファン氏は付け加えた。「私たちの今後の取り組みは、現実的な条件下でリチウム金属電池のサイクル安定性を高め、高エネルギー密度と安全性の両方を兼ね備えたエネルギー貯蔵技術を実現することを目指しています。」

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