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析氧電極

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2023/05/22 22:14

電池老化的主要表現(xiàn)在充放電循環(huán)期間和靜態(tài)儲(chǔ)存時(shí)都可以觀察到。使用時(shí)的充放電循環(huán)通常會(huì)損壞電極活性材料，特別是在重度使用下（使用度下的1000個(gè)循環(huán)比10%使用度下的10000個(gè)循環(huán)對(duì)電池材料破壞更嚴(yán)重）。電極電荷狀態(tài)函數(shù)發(fā)生變化引起了機(jī)械應(yīng)力（例如對(duì)于一個(gè)完全充電的電極，石墨電極中的鋰離子插層導(dǎo)致石墨沿c軸膨脹12%）。相對(duì)地，鋰離子電極儲(chǔ)存能量時(shí)的性能退化主要來(lái)源于活性材料和電解質(zhì)之間的相互作用。雖然這兩種機(jī)制通常被認(rèn)為是不相關(guān)的，但耦合作用和一些額外的因素（如溫度）對(duì)鋰離子電極性能退化也會(huì)有很大的影響，這給情況增加了更多的復(fù)雜性。

石墨電極的電流密度一般為10~12A/cm2，比銅電極要大得多，因此在對(duì)應(yīng)面積允許的電流大小范圍內(nèi)，電流選用越大，則石墨放電加工速度越快，電極損耗越小，但表面粗糙度會(huì)變粗。

為了測(cè)試這種材料在電池中作為合適的電解質(zhì)，他們建造了兩個(gè)類似的原型-它們都有一個(gè)金屬鈉電極。它們?cè)诹硪粋€(gè)電極的組成上有所不同。在其中一個(gè)原型中，另一個(gè)電極是用磷酸鈉釩制成的，而另一個(gè)電極是用磷酸鐵鈉制成的。

本文制備了不同厚度的NCM111電極片，采用電化學(xué)模型對(duì)不同電極厚度的兩個(gè)電池進(jìn)行了仿真。將仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了模型的有效性，證明基于多孔電極理論的一維鋰離子電池電化學(xué)模型可以有效地仿真NCM111/石墨電池的放電過程。

不過，兩極間的電勢(shì)差會(huì)使電解液中的鹽不斷向電極集聚，當(dāng)鹽覆蓋了整個(gè)電極，上述的氧化-還原反應(yīng)無(wú)法持續(xù)，電池就沒有電了。

近些年水系鋅離子電池的研究得到了廣泛的關(guān)注，但是鋅電極可逆性差一直為人所詬病，這也限制了水系鋅離子電池更廣泛的應(yīng)用。盡管鋅電極面臨的問題，包括鋅枝晶生長(zhǎng)以及析氫腐蝕，已經(jīng)被熟知。但是鋅電極在水系電解質(zhì)中的副反應(yīng)尚未完全揭示，例如電解液中溶解O2對(duì)鋅電極的影響。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果表明，電極厚度對(duì)鋰離子電池電化學(xué)性能的影響是多方面的，可總結(jié)為以下三個(gè)方面：(1)盡管電極厚度的增加可以提高活性物質(zhì)的比重，從而提高電池的能量密度，但會(huì)給電池的電化學(xué)性能帶來(lái)負(fù)面影響。較厚的電極靠近集流體側(cè)的電解液消耗會(huì)增加，從而增加電極的容量損失。(2)電極越厚，電極內(nèi)電化學(xué)速率的差別越大。一方面，內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)越不均勻，活性物質(zhì)不能充分利用，使容量降低；另一方面，有可能造成體積變化的不一致，電極內(nèi)部應(yīng)力累積，導(dǎo)致阻抗增加。(3)電極厚度的增加會(huì)導(dǎo)致極化內(nèi)阻相應(yīng)地增加，進(jìn)一步削弱電池的放電能力，這也是其倍率性能較差的原因，并且有可能引起更多的副反應(yīng)，導(dǎo)致電池容量衰退。

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