研究人员探讨电极材料对电池性能和寿命的影响

通过电解质在两个电极之间移动带电离子，电池可以储存和释放能量。当使用电池时，每个电极表面会形成薄的分子层，称为固态电解质界面层（SEI）.

在锂离子电池和钠离子电池中，由于机械不稳定和形成反应性SEI，电极/电解质界面处的氧化还原过程的可逆性不足。稳定且富含无机物的SEI可以阻隔电子转移，只允许某些离子通过，从而可以支持超出电解质电化学极限的可逆循环。

在高温（大于100°C）下，在电化学电池中使用无机熔盐电解质，能够提供稳定的循环性能。然而，日常电池应用依赖于含有金属盐和有机溶剂的电解质。这种混合物会在带电界面引发竞争反应，导致电解质持续消耗和金属不均匀沉积，即金属电极上形成枝晶，从而引起电池退化，甚至带来安全风险。

为了优化SEI化学和结构以实现可逆电荷传输，最实用可扩展的方法之一是共同选择电解质化学和形成方案（即具有特定电流/电压条件的初始循环条件）。同时，在这一过程中，电极材料能够对SEI形成的初始阶段产生固有影响，但其重要性被明显低估。

据外媒报道，为了弥补这一信息空白，迪肯大学（Deakin）和莫纳什大学（Monash）的研究人员探讨电极的物理化学性质对在离子液体和碳酸基钠电解质中形成SEI机制的影响。

结合利用实验和理论工具，研究人员证明了电解质-电极界面的结构和固体-电解质界面的性质，在很大程度上受到电极的极化性（其介电性质）的影响，并且在带电电极吸附电解质物质的能力的背景下解释了这些现象。

具体来说，具有弱范德华力（van der Waals forces）的非金属电极会受到静电斥力，防止高极性溶剂或离子积聚（这些溶剂或离子携带的电荷与电极的电荷相同）。这会影响在带电电极附近与有机溶剂形成Na-阴离子络合物的浓度。因此，根据所施加的充电条件，形成的界面化学也不同。这会导致形成不同的界面化学，要么是溶剂衍生的，要么是阴离子衍生的。

基于这一新的科学发现，以及对给定电解液中离子溶剂化结构的认识，研究人员可以更合理地设计充电电池的智能循环方案。

这项研究有助于设计更好的电池，以用于电动汽车、可再生能源存储或便携式设备，以及开发将电化学系统用于其他目的的新方法，例如制造化学品（电催化）或从废弃物中回收金属。