自20世紀(jì)70年代以來(lái)，商用鋰離子電池已成為許多應(yīng)用中的主力電源。它可以在手機(jī)，筆記本電腦和電動(dòng)車中找到。然而，關(guān)于在充電和放電過(guò)程中原子和分子水平發(fā)生的基礎(chǔ)科學(xué)的許多事情仍然是一個(gè)謎。

　　在自然催化領(lǐng)域發(fā)表的一項(xiàng)新研究中，美國(guó)能源部（DOE）阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)小組報(bào)告了在液體電解質(zhì)和固體電極界面形成的微觀薄層化學(xué)的突破。電池研究人員通常將此層稱為“固體電解質(zhì)界面”或SEI。

　　過(guò)去幾十年的大量科學(xué)工作致力于理解鋰離子電池中的SEI。科學(xué)家們知道，SEI在石墨負(fù)電極上形成的非常薄（小于千分之一毫米），并且主要在電池首次充電時(shí)形成。SEI防止在界面處發(fā)生有害反應(yīng)，同時(shí)允許重要的鋰離子自由回旋在電解質(zhì)和電極之間移動(dòng)，這也是充分建立的。

　　所有好的鋰離子電池都有良好的SEI。正如材料科學(xué)部門（MSD）的聯(lián)合首席研究員兼助理化學(xué)工程師DusanStrmcnik所指出的那樣：“電池性能高度依賴于SEI的質(zhì)量。如果化學(xué)和化學(xué)組分的作用SEI被理解，SEI可以被調(diào)整以提高電池性能。“

　　“更重要的是，這種理解將顯著提高我們對(duì)電池壽命的預(yù)測(cè)能力，這對(duì)電動(dòng)汽車制造商來(lái)說(shuō)具有極高的價(jià)值，”Strmcnik補(bǔ)充道。

　　包括來(lái)自哥本哈根大學(xué)，德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)和寶馬集團(tuán)的合作者在內(nèi)的國(guó)際研究人員團(tuán)隊(duì)破譯了典型鋰離子電池氟化鋰中SEI常見(jiàn)組件之一的化學(xué)成分。根據(jù)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算結(jié)果，他們的研究結(jié)果表明，在電池充電過(guò)程中，氟化氫的電化學(xué)反應(yīng)形成了這一相，從而產(chǎn)生氫氣和固體氟化鋰。

　　該反應(yīng)高度依賴于電極材料，其可以是金屬，石墨烯或石墨材料，因此證明了電池操作中催化劑的重要性。該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種監(jiān)測(cè)氟化氫濃度的新方法，氟化氫是一種由痕量水分與電解質(zhì)中鹽（LiPF6）之間的反應(yīng)形成的高度有害雜質(zhì)。這種監(jiān)測(cè)能力對(duì)SEI未來(lái)的基礎(chǔ)科學(xué)研究應(yīng)該是至關(guān)重要的。

　　對(duì)于阿貢杰出研究員和聯(lián)合首席研究員內(nèi)納德馬爾科維奇，該研究的結(jié)果已經(jīng)產(chǎn)生了商業(yè)影響。“我們的研究結(jié)果已經(jīng)在寶馬集團(tuán)的電池電芯能力中心的鋰離子電池中得到實(shí)施，并將為改進(jìn)現(xiàn)有鋰離子技術(shù)和設(shè)計(jì)新的鋰離子技術(shù)開(kāi)辟新的機(jī)遇。”