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新2投「tou」注平台出租:新研究揭示水系锂离子电池中(zhong)的离子传‘chuan’输机制

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分类:财经

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盖世汽车讯 锂离子电池中的有机电解质具有易燃性,易引发火灾事故。人们一直致力于《yu》以水基电解质为更《geng》安全的替代品。然『ran』而,水分子在电池内被电解成氢和氧,会引起诸多问题,如效率低、器件寿命短和安全问题‘ti’,从而阻碍这一进程。

(图片来源:IBS)

为了抑制发生不必要的水电解,需要在水性锂离子电池中以极高的浓度将盐溶解。这些电解质中盐的体积和重量都高于水,被称为盐包水电解质(WiSE)。这种电解质的粘度非常高,理(li)论上会阻碍锂离子传输。传统理论预测,水-电解质体系将在这{zhe}种超浓缩环境(jing)中以“yi”均【jun】匀混合物‘wu’的形式存在。换句话说,所有的水分子都应该与离子相互作用,从而完全破坏水分子之间的氢键。

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然而,在这些高粘度WiSE电解质中,锂离子的传输速度往往出人意料地(di)快。以前的研究通过拉曼光谱和分子动力学(MD)模《mo》拟进行观察,发现在这些超浓电解质中,孤立的水分子被离子完全‘quan’包围 wei[,从而阐明{ming}WiSE中的水分子具有{you}扩展电化学稳定窗口。但(dan)这还不足以解释WiSE中锂离子的快速传输【shu】现 xian[象。

据外媒报道,最近,韩国基础科学研究所(IBS)的分子光谱和动力学中心(CMSD)和大《da》邱庆北科学技术院(DGIST)的研究团队发现,水动力学与锂离子传输之间具有关联性。研究人员使用偏振选择性红外泵探光谱(IR-PP)和介〖jie〗电 dian[弛豫光‘guang’谱(DRS),观察超浓盐溶液中的水分子。

IR-PP是一种时间分辨非线性光谱,能够检测单个水《shui》分(fen)子的振动和旋转动力‘li’学(rotational dynamics),可用于确定其氢键伙伴。同时,作为补充工具,DRS可以测量电解质中『zhong』化《hua》学物质的浓度,帮助确定溶液的整体性质。

通过这些技术,研究小组观察到,WiSE中的大量块状水(bulk-like water)表现出纯水的特性。这意味着即使在超高盐浓度(28 m)下,仍有大量水分子的“口袋”与其他水分子形成氢键,这表明在纳米尺度上溶剂化结构的不均匀性。此外,事实证明,块状水的旋转动力学比阴离子束缚(fu)水更快。通过些观察,可以确定相对于高粘度的超浓水电解质锂离子快速传输的原因。

研究人员强《qiang》调,这是首例解释从分子水平观察超浓水电解质中水分子动力学的案例。IR-PP具有根据(ju)水分子的氢键伙伴区分和观察水分子的能力,所以可能做『zuo』到这一点。CMSD负责人CHO Min Haeng教授表示:“在锂离子传输机制中,水发挥了重“zhong”要“yao”作用,而不仅仅是超浓水电解质中的溶解盐。本项研究有望为开发其他能在分子水平上促进锂离子传输的超“chao”浓电解质提供设计原理。”

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