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極快充電（XFC，即15分鐘內(nèi)充電80%）是當前鋰離子電池（LIB）技術(shù)的迫切要求，也影響充電基礎(chǔ)設施的規(guī)劃。通過固體電解質(zhì)界面（SEI）加速鋰離子傳輸是提高充電率的主要障礙；反之，由于在電極表面鍍鋰，SEI層的有限動力學會對電池循環(huán)壽命和安全產(chǎn)生負面影響。

在此，韓國首爾國立大學Jang Wook Choi等人注意到γ射線可以誘導形成具有有利成分的人造SEI層，且SEI層成分對充電速率有顯著影響。作者采用γ射線驅(qū)動的人造SEI層制備石墨負極以研究其電化學和物理化學性質(zhì)，在電化學過程中，電子在還原過程中從石墨單向轉(zhuǎn)移到電解液的最低未占分子軌道（LUMO）形成SEI層。

因此，電解液中的鹽和溶劑均通過相同的機理被分解，從而提供了具有相對窄范圍的SEI層的組分。另一方面，γ射線照射可以驅(qū)動涉及自由基中間體的光化學反應。因此，用γ射線照射可以優(yōu)先分解容易轉(zhuǎn)化為自由基的化合物，進而改善SEI構(gòu)成的可調(diào)性。

圖1. 光化學驅(qū)動的SEI 層的表征

結(jié)果表明，引入的γ射線輻射加速了含F(xiàn)鹽的優(yōu)先分解，以誘導富含LiF的SEI層的形成。這種富含無機物的SEI層促進了界面處的鋰離子擴散，并且由于無機化合物的絕緣性質(zhì)而保持穩(wěn)定，從而實現(xiàn)長期循環(huán)壽命。

同時，對于容量為2.6 mAh cm^-2的石墨全電池來說，在10.8分鐘內(nèi)可實現(xiàn)極快充電至80%的容量。目前的LIB生產(chǎn)線可能無法立即采用涉及使用γ射線的提議方法。然而，它提供了有用的見解，可以激發(fā)電解液工程實現(xiàn)XFC的可能研究方向。

圖2. 石墨全電池的電化學測量

Photochemically driven solid electrolyte interphase for extremely fast-charging lithium-ion batteries, Nature Communications 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-27095-w

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