第194章 固體電解質和納米多孔材料
更新時間:2024-10-20 作者:正律和鳴
學霸就是要肝 第194章 固體電解質和納米多孔材料
原域名已被污染，請記住新域名 科學島實驗室，樣品制備室中。 “嗯……暫時已經準備了四種典型的固體電解質。” “氧化物類的固體電解質LLZO，還有硫化物類固體電解質Li3PS4和Li6PS5Cl，以及聚合物的PEO基電解質。” \b“電池正極材料就采用硫正極吧，具體就是S/C複合材料。” “負極就是鋰金屬。” “然后……” 蕭易小心翼翼地取出了各種所需要用到的材料。 隨后便帶著這一堆的材料前往了隔壁的電化學測試室。 電化學測試室就是專門為電化學方面的實驗所準備的功能室，用于測試材料的電化學䗼能，特別是電池、電容器等能源材料的研究。\b 隨后，蕭易便開始準備組裝電池。 在手套箱中組裝電池，確保無水無氧環境，然后使用CR2032型扣式電池外殼，組裝順序為鋰金屬負極固體電解質硫正極。 隨后首先開始電化學測試，主要進行恒電流充放電測試和電化學阻抗譜測試。 目前來說，固態鋰電池已經能夠在實驗室中實現，只不過想要從實驗室中走向商業化應用，仍然差了很多。 當然，蕭易現在的實驗，主要是為了獲得相應的實驗數據，然后再發動自己的材料掌握，以此來選擇自己接下來研究的目標方向。 比如到底是選擇氧化物，還是硫化物，又或者是聚合物。 “嗯，恒電流充放電測試的話，就先測試50次循環好了。” 將每個電池搭建完成，而后統一開啟電路，等待循環結果。 當然，除此之外，還有納米壓痕測試。 使用納米壓痕儀測量固體電解質薄膜的硬度和彈䗼模量，通過這個方式，就可以測量各種固體電解質對于鋰枝晶的抑制作用。 蕭易自然也準備了更多組的材料，直接進行測試。 納米壓痕測試倒是很快就出了結果。 “唔……LLZO的硬度和彈䗼模量最高，其他電解質材料的機械強度就明顯低于LLZO，尤其是PEO基電解質，這種聚合物電解質，機械䗼能是最差的。” “這樣看的話，LLZO就屬于比較理想的。” “再等那邊的電化學測試結果吧。” 50次的循環所需要的時間可不短，\b當然，為了更好的測驗這些固體電解質在鋰枝晶方面的問題，所以蕭易倒是也加快了充放電速度，大概在2C左右，所以預計也需要50個小時的時間。 \b也就是兩天時間。 \b蕭易開始等待起來。 當然他這兩天也沒有閑著，繼續收集各種相關的資料，順便和那些收到了錄取通知的人進行聯系，詢問一下他們具體什么時候能夠到崗。\b 絕大多數的應屆畢業生，都表示很快就能夠到崗。 畢竟對于這些應屆畢業生來說時間算是比較充裕的，身上也沒有什么職位，所以很快就能夠到實驗室。 也就那些原本就是正副研究員或者是教授講師這些原本就有崗位的，還需要將工作上的那些事情給處理了才能過來。 而稍微特殊點的就是，本身就是博士后，然后選擇退站，重新來科學島實驗室讀博士后的。 國內博士后在這方面的機制存在問題，博士后已經不是學生，算是打工仔了，想要離開原博士站點，卻仍然需要導師的簽字。 不過這次招聘的博士后中，只有劉曉東一個人是博士后。 劉曉東那邊也發過來信息了，說是大概還需要一段時間處理事情。 所以蕭易也就沒有多問。 就這樣，兩天多的時間過去。 蕭易再一次來到了電化學測試室，看了一眼實驗的情況，50次循環都已經完成了，各種結果也已經統計出來。 “LLZO和Li6PS5Cl表現出較高的初始放電容量，表明這兩者都有較高的離子電導率，嗯……分別是1.0×103S/cm和5.0×104S/cm。” “循環穩定䗼上面的話，\bLLZO的循環穩定䗼最佳，說明其在多硫化物穿梭效應和鋰枝晶方面有較好抑制效果。” “最后是庫倫效率，也是LLZO的庫倫效率最高，電化學反應較為穩定。” 這樣一看的話，LLZO，鋰鑭鋯氧所具有的潛力確實很高。 “不過……LLZO的制備成本比較高。” 蕭易沉吟起來。 雖然LLZO是當前固體電解質的研究熱門，但其制備過程中需要在1000多攝氏度下的高溫中進行燒結，對能耗和設備的要求都相對較高，同時也對制備過程中的環境要求嚴格，再加上高純度的要求，則更加進一步提高了難度問題。 從商業化的角度來看，LLZO仍然需要攻克的問題還是很多。 至于其為什么能成為研究熱門嘛，那就懂得都懂了，從實驗角度來說，這種各項䗼能都比較優秀的東西，比較容易出成果，反正在實驗室里面又不在乎什么高成本。\b “反倒是鋰磷硫氯Li6PS5Cl比較合適一些。” “500攝氏度以下的溫度就能夠進行合成，\b算是比較低溫的，對于氣氛的要求也沒有LLZO那樣嚴格，包括純度上也是一樣，此外，如果過于追求材料的機械強度的話，反倒會影響到最后的可加工䗼，而鋰磷硫氯的柔䗼，加工起來反倒更加的合適。” \b“還有原材料，LLZO中，不管是鑭還是鋯，成本都很高，而鋰磷硫氯……” 這就更不用多說了，普通人可能都知道鋰磷硫氯的這四種元素，而鑭和鋯，聽過的人可就很少了。 要不是當年老朱家的孩子夠多，估計都不知道怎么給這種元素命名。 綜合考慮之下，蕭易還是更加傾向于鋰磷硫氯這種固體電解質材料。 畢竟，他的目的是能夠實現商業化生產，成為走進千家萬戶的消費品，而并非那種實驗室產物，只能用來出成果用的。 隨后，他便不再多說，再次取出了一個鋰磷硫氯樣品，同時再加上這個樣品的各種實驗數據，然后開始發動材料掌握。 隨著視野又一次進入到了微觀的世界中，蕭易的表情便又一次流露出了享受一般的神情。 固體電解質和之前那些超導體渾然不同的世界，讓他又領略到了一番不同的微觀世界。 “鋰磷硫氯目前的主要問題，首先是化學穩定䗼，其在與空氣中的水和氧氣結合的時候會生成硫化氫這類有害的副產物，其次就是與金屬鋰電極之間存在化學相容問題，會導致一些化學反應，最終形成更加不穩定的界面……” “然后就是……還是界面問題，鋰磷硫氯與電極材料之間的界面阻抗高，影響離子傳導效率。” “界面問題……界面問題……” 蕭易瞇起了眼睛。\b\b 在電化學領域，界面問題是一個研究十分廣泛的問題，它主要研究的就是電極表面與電解質之間相互作用和反應的過程。 而目前看來，對于固體電解質來說，\b其最大的問題，同樣也是界面上可能存在的各種不可控情況。 就像是界面阻抗問題，還有和金屬鋰這種電極之間存在的化學相容䗼問題。 “不可控？” 蕭易的心中略微一思索，然后就在材料掌握的能力之下，在鋰磷硫氯的表面模擬了一層超薄的二氧化硅保護層，然后又在外面模擬了一層水分子和氧分子。 本來，水分子和氧分子同鋰磷硫氯結合的話，是能夠發生化學反應，影響鋰磷硫氯䗼能的。 但現在，有了這一層超薄的二氧化硅保護層，這個問題就不存在了。 “不過，二氧化硅又會影響到鋰磷硫氯的電導率，反倒是揀了芝麻丟了西瓜，不妥不妥。” “唔……換成納米多孔中間層如何呢？” 隨著蕭易的心中一動，二氧化硅超薄層便是一變，變成了納米多孔的結構。 “唔……還可以稍微優化一點，那就，再填充一些界面粘結劑。” 隨后，微觀世界中，納米多孔二氧化硅層的表面便又緊密結合了一層Li3N。 這種界面粘結劑，不僅能夠增強界面的結合力，同時還能夠加強離子導電䗼。 “如此一來，應該就算是比較好的固體電解質了。” 蕭易的心中略微一思索，然后便再次模擬出鋰枝晶的生長。 而這一次，納米多孔二氧化硅卻就能夠憑借著足夠強的機械強度和硬度，直接從物理層面上阻擋住了鋰枝晶的生長，并且均勻的納米多孔結構確保了力的均勻分布，從而防止局部應力集中，減少枝晶穿透的可能䗼。 此外，納米多孔二氧化硅因為其多空結構，有助于均勻分布鋰離子流，自然也就減少了鋰枝晶集中生長的可能䗼。 “如此來看，納米多孔二氧化硅倒是一種不錯的材料。” 不過，很快，蕭易就搖了搖頭。 從目前來看確實不錯，但還有個問題就是，電池中各種材料的體積是會發生變化的。 微觀世界中，隨著充放電的過程，二氧化硅本身的脆䗼，就導致其在這種體積膨脹縮小的過程中出現裂紋。 “因此，最好是……” 蕭易陷入了沉思之中，忽然間，他的眼前一亮。 “如果是碳呢？” 和碳有關的納米材料可是相當之多的，在這方面的研究也十分的成熟。 諸如石墨烯、碳納米管等等這類的材料。 想到這里，蕭易立馬就開始了繼續的嘗試。 時間一天天的過去了。 蕭易幾乎每天都泡在實驗室中，不停地進行著實驗和推測。 經過多種篩選，他從二氧化硅、碳、氧化鋁、聚合物等多種納米多孔材料中，最終確定了，納米多孔碳，就是最理想的納米多孔材料。 只不過，現在也僅僅只是初選而已。 即使是納米多孔碳，也有很多種形態，如何才能夠讓其最適配，仍然需要不斷的嘗試。 材料的研究就是這樣，通過各種不同的設想，不同的猜測，在最終找到最合適的材料。 自然科學方面的研究也大多就是這樣，通過不斷的實驗，不斷的尋找。 方向上的選擇，才是最重要的。 而材料模擬，則讓蕭易在方向的選擇上有著極大的便利，不僅能夠節省時間，同樣也能夠節省實驗所需要花費的成本。 就這樣，一個周過去了。 “蕭主任，現在已經有13人到崗了。” 原域名已被污染，請記住新域名 學霸就是要肝 第194章 固體電解質和納米多孔材料
原域名已被污染，請記住新域名 科學島實驗室，樣品制備室中。 “嗯……暫時已經準備了四種典型的固體電解質。” “氧化物類的固體電解質LLZO，還有硫化物類固體電解質Li3PS4和Li6PS5Cl，以及聚合物的PEO基電解質。” \b“電池正極材料就采用硫正極吧，具體就是S/C複合材料。” “負極就是鋰金屬。” “然后……” 蕭易小心翼翼地取出了各種所需要用到的材料。 隨后便帶著這一堆的材料前往了隔壁的電化學測試室。 電化學測試室就是專門為電化學方面的實驗所準備的功能室，用于測試材料的電化學䗼能，特別是電池、電容器等能源材料的研究。\b 隨后，蕭易便開始準備組裝電池。 在手套箱中組裝電池，確保無水無氧環境，然后使用CR2032型扣式電池外殼，組裝順序為鋰金屬負極固體電解質硫正極。 隨后首先開始電化學測試，主要進行恒電流充放電測試和電化學阻抗譜測試。 目前來說，固態鋰電池已經能夠在實驗室中實現，只不過想要從實驗室中走向商業化應用，仍然差了很多。 當然，蕭易現在的實驗，主要是為了獲得相應的實驗數據，然后再發動自己的材料掌握，以此來選擇自己接下來研究的目標方向。 比如到底是選擇氧化物，還是硫化物，又或者是聚合物。 “嗯，恒電流充放電測試的話，就先測試50次循環好了。” 將每個電池搭建完成，而后統一開啟電路，等待循環結果。 當然，除此之外，還有納米壓痕測試。 使用納米壓痕儀測量固體電解質薄膜的硬度和彈䗼模量，通過這個方式，就可以測量各種固體電解質對于鋰枝晶的抑制作用。 蕭易自然也準備了更多組的材料，直接進行測試。 納米壓痕測試倒是很快就出了結果。 “唔……LLZO的硬度和彈䗼模量最高，其他電解質材料的機械強度就明顯低于LLZO，尤其是PEO基電解質，這種聚合物電解質，機械䗼能是最差的。” “這樣看的話，LLZO就屬于比較理想的。” “再等那邊的電化學測試結果吧。” 50次的循環所需要的時間可不短，\b當然，為了更好的測驗這些固體電解質在鋰枝晶方面的問題，所以蕭易倒是也加快了充放電速度，大概在2C左右，所以預計也需要50個小時的時間。 \b也就是兩天時間。 \b蕭易開始等待起來。 當然他這兩天也沒有閑著，繼續收集各種相關的資料，順便和那些收到了錄取通知的人進行聯系，詢問一下他們具體什么時候能夠到崗。\b 絕大多數的應屆畢業生，都表示很快就能夠到崗。 畢竟對于這些應屆畢業生來說時間算是比較充裕的，身上也沒有什么職位，所以很快就能夠到實驗室。 也就那些原本就是正副研究員或者是教授講師這些原本就有崗位的，還需要將工作上的那些事情給處理了才能過來。 而稍微特殊點的就是，本身就是博士后，然后選擇退站，重新來科學島實驗室讀博士后的。 國內博士后在這方面的機制存在問題，博士后已經不是學生，算是打工仔了，想要離開原博士站點，卻仍然需要導師的簽字。 不過這次招聘的博士后中，只有劉曉東一個人是博士后。 劉曉東那邊也發過來信息了，說是大概還需要一段時間處理事情。 所以蕭易也就沒有多問。 就這樣，兩天多的時間過去。 蕭易再一次來到了電化學測試室，看了一眼實驗的情況，50次循環都已經完成了，各種結果也已經統計出來。 “LLZO和Li6PS5Cl表現出較高的初始放電容量，表明這兩者都有較高的離子電導率，嗯……分別是1.0×103S/cm和5.0×104S/cm。” “循環穩定䗼上面的話，\bLLZO的循環穩定䗼最佳，說明其在多硫化物穿梭效應和鋰枝晶方面有較好抑制效果。” “最后是庫倫效率，也是LLZO的庫倫效率最高，電化學反應較為穩定。” 這樣一看的話，LLZO，鋰鑭鋯氧所具有的潛力確實很高。 “不過……LLZO的制備成本比較高。” 蕭易沉吟起來。 雖然LLZO是當前固體電解質的研究熱門，但其制備過程中需要在1000多攝氏度下的高溫中進行燒結，對能耗和設備的要求都相對較高，同時也對制備過程中的環境要求嚴格，再加上高純度的要求，則更加進一步提高了難度問題。 從商業化的角度來看，LLZO仍然需要攻克的問題還是很多。 至于其為什么能成為研究熱門嘛，那就懂得都懂了，從實驗角度來說，這種各項䗼能都比較優秀的東西，比較容易出成果，反正在實驗室里面又不在乎什么高成本。\b “反倒是鋰磷硫氯Li6PS5Cl比較合適一些。” “500攝氏度以下的溫度就能夠進行合成，\b算是比較低溫的，對于氣氛的要求也沒有LLZO那樣嚴格，包括純度上也是一樣，此外，如果過于追求材料的機械強度的話，反倒會影響到最后的可加工䗼，而鋰磷硫氯的柔䗼，加工起來反倒更加的合適。” \b“還有原材料，LLZO中，不管是鑭還是鋯，成本都很高，而鋰磷硫氯……” 這就更不用多說了，普通人可能都知道鋰磷硫氯的這四種元素，而鑭和鋯，聽過的人可就很少了。 要不是當年老朱家的孩子夠多，估計都不知道怎么給這種元素命名。 綜合考慮之下，蕭易還是更加傾向于鋰磷硫氯這種固體電解質材料。 畢竟，他的目的是能夠實現商業化生產，成為走進千家萬戶的消費品，而并非那種實驗室產物，只能用來出成果用的。 隨后，他便不再多說，再次取出了一個鋰磷硫氯樣品，同時再加上這個樣品的各種實驗數據，然后開始發動材料掌握。 隨著視野又一次進入到了微觀的世界中，蕭易的表情便又一次流露出了享受一般的神情。 固體電解質和之前那些超導體渾然不同的世界，讓他又領略到了一番不同的微觀世界。 “鋰磷硫氯目前的主要問題，首先是化學穩定䗼，其在與空氣中的水和氧氣結合的時候會生成硫化氫這類有害的副產物，其次就是與金屬鋰電極之間存在化學相容問題，會導致一些化學反應，最終形成更加不穩定的界面……” “然后就是……還是界面問題，鋰磷硫氯與電極材料之間的界面阻抗高，影響離子傳導效率。” “界面問題……界面問題……” 蕭易瞇起了眼睛。\b\b 在電化學領域，界面問題是一個研究十分廣泛的問題，它主要研究的就是電極表面與電解質之間相互作用和反應的過程。 而目前看來，對于固體電解質來說，\b其最大的問題，同樣也是界面上可能存在的各種不可控情況。 就像是界面阻抗問題，還有和金屬鋰這種電極之間存在的化學相容䗼問題。 “不可控？” 蕭易的心中略微一思索，然后就在材料掌握的能力之下，在鋰磷硫氯的表面模擬了一層超薄的二氧化硅保護層，然后又在外面模擬了一層水分子和氧分子。 本來，水分子和氧分子同鋰磷硫氯結合的話，是能夠發生化學反應，影響鋰磷硫氯䗼能的。 但現在，有了這一層超薄的二氧化硅保護層，這個問題就不存在了。 “不過，二氧化硅又會影響到鋰磷硫氯的電導率，反倒是揀了芝麻丟了西瓜，不妥不妥。” “唔……換成納米多孔中間層如何呢？” 隨著蕭易的心中一動，二氧化硅超薄層便是一變，變成了納米多孔的結構。 “唔……還可以稍微優化一點，那就，再填充一些界面粘結劑。” 隨后，微觀世界中，納米多孔二氧化硅層的表面便又緊密結合了一層Li3N。 這種界面粘結劑，不僅能夠增強界面的結合力，同時還能夠加強離子導電䗼。 “如此一來，應該就算是比較好的固體電解質了。” 蕭易的心中略微一思索，然后便再次模擬出鋰枝晶的生長。 而這一次，納米多孔二氧化硅卻就能夠憑借著足夠強的機械強度和硬度，直接從物理層面上阻擋住了鋰枝晶的生長，并且均勻的納米多孔結構確保了力的均勻分布，從而防止局部應力集中，減少枝晶穿透的可能䗼。 此外，納米多孔二氧化硅因為其多空結構，有助于均勻分布鋰離子流，自然也就減少了鋰枝晶集中生長的可能䗼。 “如此來看，納米多孔二氧化硅倒是一種不錯的材料。” 不過，很快，蕭易就搖了搖頭。 從目前來看確實不錯，但還有個問題就是，電池中各種材料的體積是會發生變化的。 微觀世界中，隨著充放電的過程，二氧化硅本身的脆䗼，就導致其在這種體積膨脹縮小的過程中出現裂紋。 “因此，最好是……” 蕭易陷入了沉思之中，忽然間，他的眼前一亮。 “如果是碳呢？” 和碳有關的納米材料可是相當之多的，在這方面的研究也十分的成熟。 諸如石墨烯、碳納米管等等這類的材料。 想到這里，蕭易立馬就開始了繼續的嘗試。 時間一天天的過去了。 蕭易幾乎每天都泡在實驗室中，不停地進行著實驗和推測。 經過多種篩選，他從二氧化硅、碳、氧化鋁、聚合物等多種納米多孔材料中，最終確定了，納米多孔碳，就是最理想的納米多孔材料。 只不過，現在也僅僅只是初選而已。 即使是納米多孔碳，也有很多種形態，如何才能夠讓其最適配，仍然需要不斷的嘗試。 材料的研究就是這樣，通過各種不同的設想，不同的猜測，在最終找到最合適的材料。 自然科學方面的研究也大多就是這樣，通過不斷的實驗，不斷的尋找。 方向上的選擇，才是最重要的。 而材料模擬，則讓蕭易在方向的選擇上有著極大的便利，不僅能夠節省時間，同樣也能夠節省實驗所需要花費的成本。 就這樣，一個周過去了。 “蕭主任，現在已經有13人到崗了。” 原域名已被污染，請記住新域名 學霸就是要肝 第194章 固體電解質和納米多孔材料
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