电化学家称锂电池腐蚀是清洁过渡的必然障碍

储能是清洁能源转型的重要组成部分，从汽车电气化到帮助消除风能和太阳能等可变可再生能源的间歇性。锂离子(Li-ion)电池已经成为最突出的储能选择之一，因为它们具有高能量密度和相对较低且不断下降的成本。从手机到笔记本电脑，电子设备类型的增长似乎也没有尽头，对这些电池类型提出了类似的要求。

然而，尽管电化学专家和电池制造商多年来一直在稳步改进，但即使是最先进的锂离子电池也仍在努力支持许多重型储能应用。这部分是由于它们的日历寿命短。

如果电池的容量(它能够产生的总电量)下降到其初始容量的80%，则称电池已达到其日历寿命的终点。对于电网规模储能等重载应用，为了避免高昂的更换成本，锂离子电池在安装后的日历寿命需要在15-20年左右。

但该技术仍远未兑现这一承诺。研究人员表示，为了使重型储能在商业上取得更大的成功，需要更密切地关注锂电池腐蚀原因的调查以及如何抑制这种腐蚀。

他们于2022年12月9日在NanoResearchEnergy上发表了他们的发现。

与所有电池一样，锂电池(包括锂离子电池)的日历寿命取决于它们在存储和充电循环期间的稳定性(抗降解)程度。

循环稳定性又取决于阳极(负电极)、阴极(正电极)和电解质(为电极之间的离子提供传输机制的介质)的稳定性——两者都在这些电池组件之间的界面上以及它们的散装材料(它们质量的主要部分)。

电化学家在优化散装材料结构、修改界面和设计更好的电解质方面付出了巨大的努力，以提高循环稳定性。

北京理工大学的论文作者张学强说：“但在改善决定日历寿命的第二个要素：储存稳定性方面所做的努力相对较少，以及它是如何被腐蚀破坏的。”

锂电池可以长时间储存​​能量而不是循环使用。在储存过程中，会发生各种不需要的化学反应，这些化学反应会由于多种原因导致组件劣化，尤其是电极材料的高反应性，以及收集电流的元件与电解质之间的不相容性。这种劣化——也称为腐蚀——会降低电池的结构稳定性，最终缩短日历寿命。

因此，任何提高储存稳定性的努力都必须集中在更好地理解腐蚀机制和制定抑制腐蚀的策略上。

“我们想概述目前对腐蚀和储存稳定性的理解状态，以便更好地理解和解决研究空白，”来自北京理工大学的论文作者Jia-QiHuang补充说，“腐蚀在很大程度上仍未解决所有类型的锂电池都存在问题。”

在查阅了有关该主题的科学文献后，作者得出结论，锂电池的腐蚀反应主要涉及三个方面：铝集电器的电化学腐蚀、电池外壳不锈钢外壳的电化学腐蚀和电偶腐蚀(当一种金属比与其电接触的另一种金属腐蚀得更多，并且两者都浸入阳极的电解质溶液中。最终，腐蚀源于电极材料和电解质之间的化学和电化学反应。

迄今为止，研究人员主要关注三种抑制腐蚀的策略：试图更好地调节电解质分解反应;通过某种形式的人工涂层将电极材料与电解质隔离;并试图通过修改其表面来降低电极材料的反应性。

作者提出了五项主要建议，以推动对锂电池存储腐蚀问题的研究。

首先，需要做更多的工作来研究锂电池中常见的电偶腐蚀。目前很少有有效的策略来缓解这种情况。铜集电器的表面改性是一种值得研究的可能策略。这可以通过使用电解质添加剂来实现。为铜箔开发保护性表面涂层可能是另一种方法。

其次，任何未来的改进策略都需要在温度、湿度等现实条件下进行评估，而不仅仅是在实验室中。作者发现，大多数新型腐蚀抑制策略通常是在实验室非常温和的环境条件下进行评估的，而不是在现实世界中。

相关地，第三种策略将侧重于加速这些评估方法。腐蚀通常是一个缓慢的过程，因此评估必然是耗时且昂贵的。找出一种方法来加快这一点是至关重要的。

除了真实世界的观察，研究人员还应该采用实时监测方法来了解工作电池的腐蚀情况。这应该能够更好地识别电池的健康状态，从而更准确地预测电池寿命并避免突然的电池故障。

最后，并加剧所有这些问题，新的电池设计不断涌现。新的电极材料和电解质不断被开发出来。定期测试这些新颖设计的循环性能，但不测试它们对腐蚀的影响。然而，此类新材料可能会改变相应的腐蚀机制，因此需要改变腐蚀抑制策略。

该评论的作者希望，一旦电池研究人员采纳了他们的建议，就可以在对抗锂电池腐蚀方面取得一些真正的突破，从而延长日历寿命。

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