电池电极绝对容量和倍率性能之间的关系

　　高性能电池需要具有高能量密度和功率密度。为了同时实现这些特性，有必要制备具有大绝对容量(以面积容量表示，以q/a表示)和优良放大性能的电极。面积容量的重要性体现在它不仅决定了电池的容量，而且对整个电池的能量密度有重要影响。由于电极的面积电容随厚度变化，因此很容易通过增加电极厚度来增加面积电容。因此，增加电极在电池体积中的比例可以提高能量密度。由于面积容量由公式q/a=le q/v(le是电极厚度，q/v是测量的体积容量)确定，因此面积容量的最大化需要高容量材料和厚电极的组合。然而，厚电极往往表现出低倍率性能，因此在高绝对容量和高倍率性能之间存在着明显的权衡。目前，没有定量分析哪些参数同时与容量最大化和放大性能相关，因此有必要定量分析和理解绝对容量和放大性能之间的关系。可以通过调整参数(固有特性参数：如电极电导率;外部影响参数：如电极和隔膜厚度)来改善电极性能，以同时最大限度地提高容量和放大性能

　　最近，都柏林三一学院JonathanN.Coleman的研究小组在以前工作的基础上开发了一个半经验模型。用数据拟合模型可以得到两个拟合参数，即定量绝对容量-低倍率下的面积容量QA和定量倍率性能-与充电和放电τ相关的特征时间这些参数描述了电池电路的面积容量和放大性能的组合(见《自然公社》2019、101933)。最近，研究小组使用这种半经验模型来分析一些不同材料的电极容量与电极厚度和放大性能之间的关系。结果表明，QA和τ之间存在明显的相关性：所有数据的位置都接近主曲线(近似于常数τ/QA定义)。根据与QA的关系，通过简单物理模型τ进行验证，发现模拟结果与实验数据一致。该模型表明，通过增加电极的体积容量、电导率和孔隙率，可以改善高面积容量电极的容量和放大倍数之间的权衡。另一方面，固态扩散和反应动力学仅适用于低面积容量电极。理论和实验的结合使我们能够量化这些影响τ和QA的物理参数，并且可以通过仔细选择内部和外部影响参数来实现性能优化。

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