(圖片來源:香港中文大學)
據(jù)外媒報道,中國香港中文大學(The Chinese University of Hong Kong,CUHK)工程系的一個研究小組在水系鋰離子
電池中引入了一種新型電解質(zhì),進而在改善高能量
電池方面取得了重要進展。此種電解質(zhì)通常用于護膚霜,價格便宜、不易燃、毒性小、對環(huán)境友好,還能產(chǎn)生穩(wěn)定電壓,供日常使用。
手機、筆記本電腦,甚至電動汽車等電子設(shè)備和電子產(chǎn)品在很多方面改善了我們的日常生活,而它們都使用了鋰離子電池。由于鋰離子電池可以充電且能穩(wěn)定地輸出能量,因而成為了此類產(chǎn)品的核心。盡管經(jīng)過多年研究,鋰離子電池仍需要依賴有毒且易燃的有機電解質(zhì)來發(fā)電,其具有的嚴重安全隱患仍然沒有得到解決,三星智能手機爆炸、波音飛機電池起火、電動汽車電池著火等新聞也不斷出現(xiàn),表明了鋰離子電池的安全性還沒有得到保證。
根據(jù)之前對水系鋰離子電池的研究,該團隊將“分子聚集”(molecular crowding)引入了新型水系電解質(zhì)中,取代了將鋰離子鹽作為主要穩(wěn)定劑的方法。
“分子聚集”是活體細胞中的常見現(xiàn)象,描述了當大分子(蛋白質(zhì)、復合糖、多糖等)或小型親水分子(代謝物、滲透物)達到一定濃度時,溶液分子的性質(zhì)會發(fā)生實質(zhì)性的改變。由于環(huán)境擁擠,水溶劑的活性會因為水的氫鍵結(jié)構(gòu)的變化而降低。
該團隊選擇使用聚(乙二醇)或PEG,在電解質(zhì)中復制“分子聚集”現(xiàn)象。PEG是一種可溶于水的聚合物,可以輕易地與水系電池結(jié)合,也是護膚霜和個人潤滑用品的基礎(chǔ),甚至可用作牙膏和食品飲料中的消泡劑。
采用此種新型穩(wěn)定劑,一個LiMn2O4陰極和一個Li4Ti5O12陽極,該團隊成功將水系電解質(zhì)的穩(wěn)定窗口擴大至3.2V,并演示了此種新型電解質(zhì)在300多次充放電循環(huán)中,能夠讓電池能量密度高達75至100Wh/kg,且可穩(wěn)定工作;采用凝膠涂層,就可將電池的工作電壓進一步提高至4.0V以上,水系鋰離子電池中常見的副作用(氫/氧演化反應)幾乎都被消除。研究人員還進行了可燃性試驗,驗證了該款新型電解質(zhì)的防火性能,顯著提高了鋰離子電池的安全性。
研究人員表示:“此種電解質(zhì)可以使用很多水系電解質(zhì)無法使用的電極材料。更重要的是,這一研究發(fā)現(xiàn)為設(shè)計電壓窗口更大、穩(wěn)定性更高的水系電解質(zhì)提供了新平臺,可實現(xiàn)安全、低成本且環(huán)保的儲能設(shè)備。”
(責任編輯:子蕊)
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