Bildung und Entwicklung der Protein-modifizierten Festelektrolyt-Interphase in Li-Metall-Batterien

Es wurde über zahlreiche Studien berichtet, die sich auf die Entwicklung sicherer und langlebiger Li-Metall-Batterien (LMBs) konzentrierten. Die Überführung dieser leistungsstarken LMBs vom Labormaßstab in die Produktion im industriellen Maßstab bleibt jedoch eine Herausforderung. Die meisten Studien zu LMBs beschränken sich auf die Lösung des Problems der Li‐Dendritenbildung über eine in situ oder ex situ gebildete Schicht auf der Li‐Anode, während die Bildung und Entwicklung der Festelektrolytinterphase (SEI) durch Nachahmung des praktischen Herstellungsprozesses von LMBs erfolgt , werden selten berücksichtigt.

Kürzlich veröffentlichten Chenxu Wang und Mitarbeiter (von der Washington State University) einen Forschungsartikel mit dem Titel „Protein Modified SEI Formation and Evolution in Li Metal Batterys“ im Zeitschrift für Energiechemie.

Darin berichten die Autoren über die Bildung von proteinmodifizierten SEIs auf Li-Anoden bei unterschiedlichen Stillstandstemperaturen. Zusätzlich wurde die Evolution der proteinmodifizierten SEIs untersucht, indem die Dauer des Stillstandsprozesses kontrolliert wurde. Insbesondere wurden die Entwicklung der chemischen Komponenten und das Benetzungsverhalten der modifizierten SEIs mit einem Elektrolyten untersucht, indem die Bedingungen des Stillstandsprozesses kontrolliert wurden.

Es wurde festgestellt, dass die zur Proteindenaturierung verwendete Wärmebehandlung zu stärker entfalteten Kettenstrukturen führte, was durch die Simulationsstudie bestätigt wurde. Das resultierende wärmebehandelte Zein-modifizierte (H-Zein-modifizierte) SEI zeigte ein besseres Benetzungsverhalten und eine schnellere SEI-Bildung als die nicht erhitzte Probe (U-Zein).

Darüber hinaus zeigte die symmetrische Li|Li-Zelle mit dem H-Zein-modifizierten SEI eine längere Lebensdauer (360 h) als die U-Zein-modifizierte SEI (260 h). Darüber hinaus zeigte die symmetrische LiFePO4/Li-Zelle mit dem H-Zein-modifizierten SEI eine stabilere langfristige Zyklenleistung mit einem höheren Kapazitätserhalt (70 %) als die Zelle mit dem U-Zein-modifizierten SEI (42 % ) nach 200 Zyklen.

Daher konnten mit dem H-Zein-modifizierten SEI nach einem kurzzeitigen Stillstandsprozess hohe und stabile Bildungsraten erreicht werden. Als Ergebnis erzielte die Li-Anode mit dem H-Zein-modifizierten SEI eine stabile langfristige Zyklenleistung in symmetrischen Li|Li- und Vollzellen.