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

（圖片來源：得州農(nóng)工大學）

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

Balbuena表示：“研究人員需要了解所發(fā)生的反應類型、如何放緩反應速度、相關(guān)產(chǎn)物的成分和形態(tài)，以及離子和電子如何通過表面。了解這些關(guān)鍵問題，有助于未來實現(xiàn)鋰金屬電池商業(yè)化?！?/p>

制造鋰金屬電池時，負極上會形成一層薄膜，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，是通過電解質(zhì)沉積產(chǎn)生的。對于確保電池的峰值性能和延長電池使用壽命，SEI的化學構(gòu)成具有重要意義。通過實驗進行理論預測，可以從原子和電子層面揭示這一現(xiàn)象的細節(jié)。

在本項研究中，研究人員以電池內(nèi)表面電解質(zhì)反應產(chǎn)生的聚合物為目標。準確地描述具體的聚合物反應具有挑戰(zhàn)性，但對優(yōu)化SEI來說很有必要。研究人員從原子層面進行表面模擬，并求解精確的量子化學方程式，以繪制聚合物構(gòu)成反應的時間演化圖。

Balbuena解釋：“這項研究的不同之處在于從微觀層面開始描述，并讓系統(tǒng)根據(jù)化學反應中的電子重新分布而發(fā)展。可以跟蹤和監(jiān)測反應的實驗技術(shù)很多，但具有挑戰(zhàn)性。通過此次模擬，跟蹤特定的分子群，并分析電極表面自然發(fā)生的反應，研究人員有了新的認知，分離出了系統(tǒng)中負責重要化學事件的部分?！?/p>

這項研究的獨特之處在于，利用計算工具來確定反應過程中的最小能量配置和分子排列，從頭到尾地繪制反應圖。研究人員發(fā)現(xiàn)，在SEI中聚合的物質(zhì)可能對鋰金屬電池有益，因為這些物質(zhì)有助于控制電池材料的反應程度。Balbuena表示，這有助于了解真實電極中發(fā)生的情況。

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

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