Resultados do usuário|Equipe Chen Weihua da Universidade de ZhengzhouComunicações Natureza"QSense QCM-DNova descoberta na pesquisa de eletrólitos de baterias de íons de sódio

No campo das novas energias, as baterias de íons de sódio são vistas como a escolha ideal para armazenamento de energia em larga escala no futuro devido a suas vantagens de recursos ricos e baixo custo. No entanto, a estabilidade dos eletrólitos tem sido um dos fatores-chave que limitam o desenvolvimento das pilhas de íons de sódio. Recentemente, a equipe de Chen Weihua da Universidade de Zhengzhou“Aditivo eletrólito de cadeia de bloqueio que permite eletrólitos tolerantes à umidade para baterias de íons de sódio”Sobre o tema, emComunicações Naturezapesquisas realizadas através de uma utilização inovadoraQSense QCM-DA tecnologia, analisando em profundidade o mecanismo de melhoria do desempenho da bateria de íons de sódio com novos aditivos eletrólitos, trouxe novos avanços neste campo.

Antecedentes da pesquisa: eletrólitos"A dor"

A estabilidade da interface entre o eletrólito e o eletrodo é essencial durante o processo de carga e descarga da bateria de íons de sódio. No entanto, o eletrólito convencional devido à presença de uma pequena quantidade de água (O H₂OÉ fácil desencadear a decomposição do eletrólito e a corrosão dos eletrodos, resultando em uma rápida queda no desempenho da bateria. Além disso, a formação de interfaces de eletrólitos sólidos (SEIA instabilidade agrava ainda mais o envelhecimento da bateria. Como otimizar o eletrólito para mantê-lo estável em ambientes de alta umidade é um desafio urgente para os pesquisadores.

Tecnologia QCM-D do QSense: interface eletrólito-eletrodo secreta

Neste estudo, os pesquisadores desenvolveram um novo tipo de“Cadeias”Aditivos eletrólitos- 15 PBS（15-coroa-5e aplicá-lo em eletrólitos de baterias de íons de sódio. Para entender melhor o mecanismo de ação deste aditivo, os pesquisadores usaramQSense QCM-DTecnologia, uma ferramenta poderosa capaz de monitorar as interações da interface em tempo real.

QSense QCM-DTecnologia medindo a frequência dos cristais de quartzo (O Δf(e dispersão)ΔDAlterações que permitem detectar com precisão a interação entre o eletrólito e a superfície do eletrodo. No experimento, os pesquisadores usaramQSense QCM-DMonitoramento em tempo real da adsorção do eletrólito na superfície do eletrododescomposiçãoprocesso.

Gráfico1:Com cadeia de bloqueio15 PBSAditivos eletrólitosHCNegativo extremamente insolúvelSEI- É.

Os resultados experimentais mostram que quando o eletrólito contém15 PBSFrequência da superfície do eletrodo (O Δf(e dispersão)ΔDAs mudanças são significativamente diferentes dos eletrólitos tradicionais. Especificamente,15 PBSA existênciaSuprime a catálise da águaEletrólito na superfície do eletrodoA descomposiçãoeParticipaçãoFormação mais densa e uniformerico em sulfetosSEIA camada. Tal densidadeSEIA camada efetivamente bloqueia o contato direto entre o eletrólito e o eletrodo, inibindo assim oExcessodescomposiçãoeSEIdissolução e regeneração- É.

Resultados experimentais: melhoria significativa do desempenho

Gráfico2: NNMUsar cadeia de bloqueio no pólo positivo15 PBSEstabilidade dos aditivos eletrólitosCEI

AtravésQSense QCM-DTecnologia de monitoramento, os pesquisadores descobriram que o uso15 PBSAs baterias de íons de sódio do eletrólito apresentaram melhorias significativas em vários indicadores de desempenho chave:

1. Melhoria significativa na estabilidade do ciclo:500 mA em g⁻¹sob a densidade de corrente, o uso15 PBSCarbono duro para eletrólitos| Na₀.₇₂Ni₀.₃₂Mn₀.₆₈O₂ Bateria completa para estabilizar o ciclo 2000 Em segundo lugar, a capacidade de manutenção é elevada89.5%Baterias de eletrólitos tradicionais mantêm capacidade nas mesmas condições79.9%- É.

2. Excelente desempenho de alta magnificação: em alta densidade de corrente (como600 mA g⁻¹abaixo, uso15 PBSMateriais positivos do eletrólito (NNM(com capacidade de descarga elevada)55,4 mAh g⁻¹Muito melhor do que os eletrólitos tradicionais.

3. Melhoria da estabilidade da interface: PassadoQSense QCM-DTecnologia monitoradaSEIestabilidade e uniformidade da camada, indicando15 PBSO eletrólito pode inibir eficazmente as reações colaterais da interface e prolongar a vida da bateria.

Resumo eO papel fundamental da tecnologia QCM-D

Em suma, o autor projetou uma cadeia de fechamento.15 PBSAditivos para otimizar o eletrólito da fase à interface.15 PBSCaptura de traçosO H₂Opara evitar a corrosão dos eletrólitos e formar estáveisSEI/CEIpara alcançar uma alta densidade energética sustentávelSIB- É.MDSimulação mostra,15 PBSBaixou.Na⁺−no solvente eCENúmero de posições, aceleraçãoNa+Dessolventização para reduzir a acumulação de solventes na interface do eletrodo. adsorção emHCCadeia de bloqueio no pólo negativo15 PBSPor exclusãoEDLno meioCE/DECeO H₂Opara inibir o crescimento da interface parasitária, o que reduz a molécula ativa (aoconcentração local, reduzindo assim a derivação de solventes altamente polaresSEI(AltoPr(Formação). Por isso, a decomposição é prioritária.15 PBSFormação de fenilo rico/硫化物成分（RSO₃O ReNa₂Assim₃eNa₂S(fino)10 nmTemperatura baixa.TEM）SEIpara garantir alta condutividade iônica, melhorando assim a dinâmica.Através do localEQCMe no localDEMSConfirmação de resistência mecânicaSEIBoa isolação eletrônica que pode ser efetivamente suprimida mesmo em altas temperaturasSEIdissolução e regeneração durante o ciclo. A sinergia entre a redução do consumo de eletrólitos e a inibição da liberação de gases aumenta a vida útil do ciclo e a segurança.

Este estudo não só mostra15 PBSO enorme potencial dos aditivos eletrólitos para melhorar o desempenho das baterias de íons de sódio é ainda mais destacadoQSense QCM-DTecnologia na análise de eletrólitos-Papel fundamental na interação da interface do eletrodo. Ao monitorar as mudanças dinâmicas da interface em tempo real, os pesquisadores podem entender em profundidade o mecanismo de ação dos aditivos e otimizar as fórmulas de eletrólitos com base nisso, fornecendo apoio teórico e orientação prática importantes para a aplicação comercial de baterias de íons de sódio.

QSense QCM-DA tecnologia, com sua alta sensibilidade e capacidade de monitoramento em tempo real, fornece ferramentas poderosas para a pesquisa de novos materiais energéticos, ajudando os pesquisadores a fazer novos avanços no campo da tecnologia de baterias.

Apoio do Fundo

Fundo Nacional de Ciências Naturais (U24A20566, 22279121)YaoPrograma de Temas Abertos do Laboratório da Montanha (2024002）、Programa Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento (Número 2023YFB3809500)、Fundo Conjunto de Pesquisa e Desenvolvimento Científico da Província de Henan222301420009）、Programa de Pesquisa e Desenvolvimento da Província de Henan (231111241400）、Universidade de ZhengzhouEsperem.O projeto do fundo forneceu um apoio financeiro importante para o estudo.

Link original

https://doi.org/10.1038/s41467-025-61603-6