成全电影大全在线观看高清版,国产成人免费ā片在线观看老同学 ,水电工★

成果簡(jiǎn)介

航空電氣化是實(shí)現(xiàn)深度脫碳的一個(gè)增長(zhǎng)領(lǐng)域。與電動(dòng)車輛的電池不同，電動(dòng)飛機(jī)的電池必須同時(shí)提供高功率和高能量，以確保在運(yùn)載貨物時(shí)能夠安全地垂直起降。然而，這對(duì)功率和能量的雙重需求對(duì)航空領(lǐng)域的電解液開(kāi)發(fā)提出了重大挑戰(zhàn)。勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Brett A. Helms團(tuán)隊(duì)通過(guò)推進(jìn)和應(yīng)用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的組學(xué)框架來(lái)應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，為飛機(jī)電解液的開(kāi)發(fā)提供了一個(gè)有效的方案。

組學(xué)是一門識(shí)別和量化分子過(guò)程以了解生命系統(tǒng)形態(tài)和功能的學(xué)科。他們將組學(xué)應(yīng)用于電池系統(tǒng)的研究。通過(guò)在化學(xué)空間中使用精密分析技術(shù)，他們描繪了在高功率和高電壓條件下使用混合鹽局部超濃電解液（LSCE）循環(huán)Li-鎳錳氧化物（NMC）811電池時(shí)界面相的結(jié)構(gòu)、功能和演變。盡管電解液成分各異，表現(xiàn)最佳的電解液在陰極-電解液界面（CEI）化學(xué)上趨同，這些界面意外地富含氟醚（上調(diào)）而缺少LiF（下調(diào)）。此外，這些非典型的CEI更有效地抑制了漏電流、陰極腐蝕和陰極破裂，延長(zhǎng)了電池壽命。使用50微米厚的鋰箔、半固態(tài)NMC811電極（9mAh cm2）和稀少電解液（2.2Ah g?1）組裝的袋式電池（130mAh）在使用真實(shí)任務(wù)循環(huán)中顯示出出色的功率保持能力，超過(guò)100個(gè)循環(huán)。相關(guān)文章以“Omics-enabled understanding of electric aircraft battery electrolytes”為題發(fā)表在Joule上。

研究背景

電動(dòng)飛機(jī)需要具有高能量密度以滿足貨物和航程需求的電池，同時(shí)還需要在起飛和降落操作中提供高功率。鋰金屬電池結(jié)合了富鎳層狀氧化物陰極，可以滿足能量密度的需求。然而，隨著時(shí)間的推移，這些電池會(huì)出現(xiàn)功率衰減，影響飛機(jī)在低電量狀態(tài)下的降落能力。

然而，我們?nèi)狈碾x子簇和它們?cè)陔姎饣缑娴幕钚越嵌葋?lái)理解如何在混合陰離子電解液中組合陰離子、配位溶劑和非配位溶劑，以指導(dǎo)界面相的生成，特別是在那些任務(wù)與電動(dòng)車輛不同的電池中。例如，常規(guī)電解液難以管理為電動(dòng)飛機(jī)設(shè)計(jì)的能量密集電池中的功率衰減，同時(shí)在放電時(shí)利用整個(gè)陰極容量。這一挑戰(zhàn)的核心是無(wú)法減緩的電池阻抗上升，其原因尚不明確。

圖文導(dǎo)讀

混合陰離子局部超濃電解液的化學(xué)空間探索

圖1：用于電動(dòng)飛機(jī)的高功率和高電壓電池的混合陰離子局部超濃電解液

我們?cè)诟吣芰棵芏群团c電動(dòng)飛機(jī)相關(guān)的高功率電池中考慮了這些方面。我們的混合陰離子局部超濃電解液（LSCE）包含鋰雙（氟磺酰）亞胺（LiFSI）與LiBF4（FB91）、LiClO4（FC91）、鋰二氟（草酸）硼酸鹽（LiDFOB）（FD91）、鋰三氟甲烷磺酸鹽（LiOTf）（FO91）、LiPF6（FP91）或鋰雙（三氟甲磺酰）亞胺（LiTFSI）（FT91）的組合，摩爾比為L(zhǎng)iFSI:鹽:二甲氧基乙烷（DME）:1,1,2,2-四氟乙烯2,2,3,3-四氟丙基醚（TTE）= 0.9 : 0.1 : 2 : 1.2。拉曼光譜證實(shí)，在LSCE中混合陰離子生成了在730 cm?1處的FSI?的CIP，以及在746 cm?1處的離子和溶劑的AGG，并且它們的相對(duì)比例有所不同；這些與在稀電解液配方中在717 cm?1處的自由FSI?的特征帶不同。對(duì)于FC91和FT91，AGG的普遍性相對(duì)于其他LSCE略有提高。我們還發(fā)現(xiàn)，在LSCE中幾乎沒(méi)有“自由”的DME，其中在836和874 cm?1處的帶表明DME與鋰離子結(jié)合；在稀電解液中，自由DME的特征帶在821和848 cm?1處。

混合陰離子LSCE與高鎳NMC陰極的兼容性

為了了解這種界面相的完整性，我們?cè)?.3 mA cm?2恒定電流密度下將Li|NMC811電池充電至4.35 V，并保持1小時(shí)，使電流隨時(shí)間減少。然后，我們將提取的陰極與原始陰極組裝成對(duì)稱的NMC811|NMC811電池。兩個(gè)陰極具有相同的組成，值得注意的是，只有提取的陰極具有界面相。然后，我們?cè)? mA cm?2的電流密度下在電極之間移動(dòng)電荷，監(jiān)測(cè)100個(gè)循環(huán)中的保持容量。在這些實(shí)驗(yàn)中，最初從Li|NMC811電池中提取的陰極中的儲(chǔ)存能量決定了系統(tǒng)中可用的化學(xué)勢(shì)，用于在電解液-電極界面進(jìn)一步反應(yīng)，并且需要電化學(xué)驅(qū)動(dòng)力來(lái)維持電流密度。氧化到較高電位的陰極，一旦集成到NMC811|NMC811電池中，將比那些儲(chǔ)存能量較低的陰極對(duì)電解液降解具有更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)力。如果界面相生成不是快速和自我限制的，那么從最初提取的儲(chǔ)存電荷最多的陰極將失去其儲(chǔ)存電荷至原始陰極表面的電解液降解。

混合陰離子LSCE生成的電池界面相的演變和完整性

圖2：在高電壓下單陰離子和混合陰離子LSCE與NMC811的兼容性

在所有情況下，除了FC91和FD91，一旦快速電壓衰減開(kāi)始，我們觀察到電壓衰減到低于放電Li|NMC811電池的平衡電壓（約3.2 V vs. Li/Li+）。這表明NMC811正在進(jìn)一步還原——化學(xué)還原而不是電化學(xué)還原。有兩種機(jī)制可以解釋Li|NMC811電池中NMC811的過(guò)度還原：軟短路或內(nèi)部氧化還原穿梭。我們排除了軟短路的可能性，因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)中沒(méi)有一個(gè)電池經(jīng)歷無(wú)限充電。相反，我們發(fā)現(xiàn)陰極在電壓衰減期間的休息期之前始終充電到其預(yù)期的容量和電壓。這種可逆性表明，內(nèi)部氧化還原穿梭是這種行為的起源。

高電壓循環(huán)下的Li|NMC811電池性能

使用LiFSI單一或稀和濃雙鹽電解液的常規(guī)LSCE在高功率放電和高電壓充電的Li|NMC811電池中長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)帶來(lái)挑戰(zhàn)。特定的混合陰離子LSCE（如FC91和FD91）在滿足這些要求方面提供了優(yōu)勢(shì)，而其他LSCE則不具備這種優(yōu)勢(shì)。在LSCE失效的情況下，這種行為與陰極和陽(yáng)極的穩(wěn)定性和鈍化不足有關(guān)。在某些情況下，例如FB91、FO91、FP91和FT91，內(nèi)部氧化還原穿梭和緩慢自放電最終占據(jù)主導(dǎo)地位，這可能與可溶性氧化還原介質(zhì)的形成有關(guān)。

Li|NMC811電池中的陽(yáng)極-陰極串?dāng)_的起源

圖3：使用LSCE循環(huán)的Li|NMC811全電池的降解行為

為了了解陽(yáng)極–陰極串?dāng)_和相關(guān)ASR增加的起源，這預(yù)示著電池的失效，我們?cè)诘?00次循環(huán)后對(duì)充電到4.35 V電壓截止的Li|NMC811電池進(jìn)行了拆解。對(duì)于使用單一陰離子F100的電池，提取的鋰陽(yáng)極顯示出大量富含F(xiàn)SI?降解產(chǎn)物的黑色材料。這種殘留物也存在于隔膜的兩側(cè)。SEM/EDX分析表明，這種材料含有過(guò)渡金屬，包括鎳。這一觀察結(jié)果與之前的報(bào)告一致，即從陰極溶解的過(guò)渡金屬伴隨著陽(yáng)極污染。相對(duì)而言，使用FC91和FD91的電池中這種殘留物不那么明顯。

有趣的是，重建的使用提取的F100陽(yáng)極的Li|NMC811電池幾乎恢復(fù)了其全部容量，而使用提取的陰極重建的電池則繼續(xù)失去容量。這表明，在Li|NMC811電池中，容量損失和電池失效主要由陰極降解決定，盡管當(dāng)過(guò)渡金屬出現(xiàn)在SEI中時(shí)，在鋰上的殘留物積累也有所觀察。

圖4：通過(guò)組學(xué)方法了解陰極-電解液界面相的結(jié)構(gòu)、功能、起源和演變

我們開(kāi)發(fā)了一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的組學(xué)框架，以了解電解液成分變化如何導(dǎo)致CEI（陰極電解液界面）變化，并對(duì)陰極完整性產(chǎn)生顯著不同的影響。在任何數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的工作中，盡快量化系統(tǒng)在化學(xué)空間中的變化非常重要。因此，雖然許多技術(shù)原則上可以應(yīng)用于電池界面相表征，但具體技術(shù)的信息質(zhì)量和通量決定了它們?cè)诮M學(xué)研究中的優(yōu)先級(jí)。考慮到這一點(diǎn)，我們通過(guò)X射線光電子能譜（XPS）對(duì)從使用單一和混合陰離子LSCE循環(huán)100次后的Li|NMC811電池中提取的陰極上CEI的化學(xué)多樣性進(jìn)行了表征。通過(guò)對(duì)能量分辨XPS數(shù)據(jù)的解卷積，并基于已知標(biāo)準(zhǔn)分配給特定化學(xué)基元，我們獲得了每種電解液的“界面相組學(xué)”，類似于生物系統(tǒng)中的基因組、蛋白質(zhì)組、代謝組等。

圖5：使用優(yōu)化的混合陰離子LSCE在現(xiàn)實(shí)的eVTOL任務(wù)中循環(huán)的高容量袋式電池

在評(píng)估袋式電池在eVTOL任務(wù)中的性能時(shí)，與報(bào)告電動(dòng)汽車電池的容量衰減相比，更重要的是監(jiān)測(cè)功率衰減，例如，通過(guò)著陸后的終端可實(shí)現(xiàn)功率（即功率與能量比，W Wh?1），以確保飛機(jī)能夠安全降落。我們?cè)谏鲜龃诫姵刂惺褂肍D91作為混合陰離子LSCE，在非常稀的條件下進(jìn)行了測(cè)試。重復(fù)實(shí)驗(yàn)顯示了類似的性能特征。此外，這兩者都實(shí)現(xiàn)了約130次飛行任務(wù)，功率衰減不到20%，這是常規(guī)電解液無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。FD91通過(guò)更鈍化和穩(wěn)定的CEI減緩了硬幣和袋式電池中的阻抗上升，這證明了組學(xué)框架的有效性，該框架基于數(shù)據(jù)和失效分析，提供了顯著先進(jìn)且非顯而易見(jiàn)的電解液，用于新興應(yīng)用，常規(guī)和最先進(jìn)的電解液否則將會(huì)失敗。

總結(jié)展望

隨著通過(guò)電氣化實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸深度脫碳的進(jìn)程逐漸成型，人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到為不同領(lǐng)域設(shè)計(jì)的電池可能無(wú)法在這些領(lǐng)域之間互換。同樣，類似電池化學(xué)的電解液可能也無(wú)法互換，因?yàn)檫@些電池的失效機(jī)制將取決于電池系統(tǒng)生命周期中的電池結(jié)構(gòu)和功率需求。該文章展示了對(duì)于高功率應(yīng)用，混合陰離子LSCE方法解決了高能量密度電池中電池失效的最關(guān)鍵問(wèn)題，無(wú)論是否明確使用鋰金屬陽(yáng)極。這一知識(shí)建立在并補(bǔ)充了用于電動(dòng)汽車的濃縮電解液和LSCE的相關(guān)工作，電動(dòng)汽車的功率需求并不那么苛刻。特別是，越來(lái)越多的鹽、溶劑、稀釋劑和添加劑已被開(kāi)發(fā)用于先進(jìn)電解液，具有相當(dāng)?shù)那熬埃A(yù)計(jì)可以在未來(lái)的混合陰離子LSCE迭代中使用，以微調(diào)電動(dòng)汽車、飛機(jī)和海上設(shè)備電池的電解液性能。此外，該項(xiàng)工作期望組學(xué)成為一個(gè)普遍適用的框架，從界面相的結(jié)構(gòu)、功能和演變的角度指導(dǎo)電池性能和失效的理解。

文獻(xiàn)信息

Ko, Y., Baird, M. A., Peng, X., Ogunfunmi, T., Byeon, Y.-W., Klivansky, L. M., Kim, H., Scott, M. C., Chen, J., D’Angelo, A. J., Chen, J., Sripad, S., Viswanathan, V., & Helms, B. A. (2024). Omics-enabled understanding of electric aircraft battery electrolytes. Joule, 8, 1–19. https://doi.org/10.1016/j.joule.2024.05.013

原創(chuàng)文章，作者：計(jì)算搬磚工程師，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2024/06/25/3e5a154f41/

末成年小嫩xb,嫰bbb槡bbbb槡bbbb,免费无人区码卡密,成全高清mv电影免费观看

Science Advances副主編，最新Joule！

末成年小嫩xb,嫰bbb槡bbbb槡bbbb,免费无人区码卡密,成全高清mv电影免费观看

Science Advances副主編，最新Joule！

相關(guān)推薦