蓋世汽車訊 與鋰離子電池相比，鋰金屬電池表現(xiàn)出更高的儲(chǔ)能潛力，有助于延長(zhǎng)電動(dòng)汽車的續(xù)航里程。然而，這種電池的金屬表面具有高反應(yīng)性，人們對(duì)這些反應(yīng)中的化學(xué)成分尚不明了。

（圖片來(lái)源：得州農(nóng)工大學(xué)）

據(jù)外媒報(bào)道，得州農(nóng)工大學(xué)（Texas A&M University）Artie McFerrin化學(xué)工程系的Dr. Perla Balbuena教授等人利用量子化學(xué)方法，跟蹤鋰金屬電池內(nèi)部表面發(fā)生的特定反應(yīng)。了解鋰金屬電池發(fā)生的反應(yīng)并預(yù)測(cè)生成物，有助于降低反應(yīng)性，提高可用度。 

Balbuena表示：“研究人員需要了解所發(fā)生的反應(yīng)類型、如何放緩反應(yīng)速度、相關(guān)產(chǎn)物的成分和形態(tài)，以及離子和電子如何通過(guò)表面。了解這些關(guān)鍵問(wèn)題，有助于未來(lái)實(shí)現(xiàn)鋰金屬電池商業(yè)化。”

制造鋰金屬電池時(shí)，負(fù)極上會(huì)形成一層薄膜，通常稱為固態(tài)電解質(zhì)界面（SEI）。這層薄膜由多種成分構(gòu)成，是通過(guò)電解質(zhì)沉積產(chǎn)生的。對(duì)于確保電池的峰值性能和延長(zhǎng)電池使用壽命，SEI的化學(xué)構(gòu)成具有重要意義。通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行理論預(yù)測(cè)，可以從原子和電子層面揭示這一現(xiàn)象的細(xì)節(jié)。

在本項(xiàng)研究中，研究人員以電池內(nèi)表面電解質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生的聚合物為目標(biāo)。準(zhǔn)確地描述具體的聚合物反應(yīng)具有挑戰(zhàn)性，但對(duì)優(yōu)化SEI來(lái)說(shuō)很有必要。研究人員從原子層面進(jìn)行表面模擬，并求解精確的量子化學(xué)方程式，以繪制聚合物構(gòu)成反應(yīng)的時(shí)間演化圖。

Balbuena解釋：“這項(xiàng)研究的不同之處在于從微觀層面開(kāi)始描述，并讓系統(tǒng)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)中的電子重新分布而發(fā)展。可以跟蹤和監(jiān)測(cè)反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)很多，但具有挑戰(zhàn)性。通過(guò)此次模擬，跟蹤特定的分子群，并分析電極表面自然發(fā)生的反應(yīng)，研究人員有了新的認(rèn)知，分離出了系統(tǒng)中負(fù)責(zé)重要化學(xué)事件的部分。”

這項(xiàng)研究的獨(dú)特之處在于，利用計(jì)算工具來(lái)確定反應(yīng)過(guò)程中的最小能量配置和分子排列，從頭到尾地繪制反應(yīng)圖。研究人員發(fā)現(xiàn)，在SEI中聚合的物質(zhì)可能對(duì)鋰金屬電池有益，因?yàn)檫@些物質(zhì)有助于控制電池材料的反應(yīng)程度。Balbuena表示，這有助于了解真實(shí)電極中發(fā)生的情況。

這些發(fā)現(xiàn)說(shuō)明，使用計(jì)算工具，有助于制造更環(huán)保、壽命更長(zhǎng)且生產(chǎn)成本更低的電池。Balbuena希望，這項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)的方法能在未來(lái)幾年發(fā)揮作用，推動(dòng)電池領(lǐng)域向更綠色、更有效的方向發(fā)展。

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