锂金属电池高熵电解质设计新策略

为了满足电子行业不断增长的需求，工程师和材料科学家正在努力不断提高电池技术的性能。锂(Li)金属电池(具有金属Li阳极的电池)是最知名且研究最广泛的电池解决方案之一。

虽然这些电池已经存在了几十年，但研究人员最近一直在尝试使用纳米工程技术以及替代固体或液体电解质来提高其性能。新型有前途的电解质的设计有助于显着提高锂金属电池的稳定性并延长其生命周期。

斯坦福大学的研究人员最近推出了一种为锂金属电池设计高熵电解质的新策略。《自然能源》杂志上的一篇论文概述了这一策略，使他们能够识别出有前景的电解质，可以显着提高电池在高电流密度下的循环稳定性。

SangCheolKim、JingyangWang及其同事在论文中写道：“电解质的最新进展通过增强电极界面的电化学稳定性极大地提高了循环性能，但同时实现高离子电导率仍然具有挑战性。”“我们报告了一种通过增加电解质分子多样性来增强锂金属电池的电解质设计策略，这本质上会导致高熵电解质。”

Kim、Wang及其同事最近工作的主要目标是促进电解质的设计，该电解质具有改进的离子传输能力，且不会损害锂金属电池的稳定性。为此，他们引入了一种策略，可用于调节具有广泛离子簇的弱溶剂化电解质中的溶剂结构。

作为研究的一部分，他们使用X射线散射技术并运行分子动力学(MD)模拟(即基于计算机的分子系统模拟)来应用他们提出的策略。这使他们能够确定使锂金属电池电解质在稳定性和离子电导率方面特别有利的特性。

Kim、Wang和他们的研究人员在论文中写道：“我们发现，在弱溶剂化电解质中，熵效应减少了离子聚集，同时保留了富含阴离子的溶剂化结构特征，这一结构的特点是基于同步加速器的X射线散射和分子动力学模拟。”

“与传统弱溶剂化电解质相比，具有较小尺寸簇的电解质的离子电导率提高了一倍，从而能够在无阳极LiNi0.6Mn0.2Co0.2(NMC622)||Cu软包电池中以高达2C(6.2mAcm-2)的高电流密度稳定循环。该设计策略的有效性通过三种不同弱溶剂化电解质系统的性能改进得到了验证。”

Kim、Wang和他们的同事提出的新方法很快将有助于为锂金属电池设计各种有前景的电解质，从而有助于不断提高其性能。这些性能更好的电池反过来为各种电子产品提供动力，包括电动或混合动力汽车、医疗设备和其他先进技术。

研究人员写道：“我们预计这项工作可以刺激开发HEE的努力，使锂金属电池更接近实际应用，并广泛开发适合各种应用的具有优异性能的高熵解决方案。”

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