量化限制电池电极倍率性能的因素
材料科学
2019-06-19 v1
摘要
与电池相关的一个显著问题是，随着充放电倍率的提高，电荷存储容量迅速下降。例如，实现汽车电池快充就需要改善这种倍率性能。倍率性能与电极和电解质中电荷或离子运动的相关时间尺度有关。然而，目前不存在可用于拟合实验数据以揭示给定电极-电解质系统中主导限速过程的定量模型。在此我们建立一个方程，可用于拟合容量随倍率变化的数据，输出三个完整描述倍率性能的参数。最重要的是与充放电相关的特征时间，它可以用一个简单方程表示，其中的项描述了各个限速过程，从而将倍率性能与可测量的物理参数联系起来。我们将这些方程拟合了来自约 50 篇论文的约 200 个数据集，发现吻合极好，并能够提取扩散系数或电解质电导率等参数。通过估算相关物理参数，可以揭示特定情形下哪些限速过程占主导，从而促进合理设计与电池优化。此外，该模型预测了锂/钠离子电池的速度上限，与文献中最快的电极一致。
引用
@article{arxiv.1810.11061,
title = {Quantifying the factors limiting rate-performance in battery electrodes},
author = {Ruiyuan Tian and Sang-Hoon Park and Paul J. King and Graeme Cunningham and Joao Coelho and Valeria Nicolosi and Jonathan N Coleman},
journal= {arXiv preprint arXiv:1810.11061},
year = {2019}
}