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中外研究人員合作開發(fā)新電解質(zhì) 推動新一代鋰離子電池發(fā)展

時間:2020-09-04 09:27來源:蓋世汽車 作者:Elisha
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圖片來源:Delft官網(wǎng)
 
       據(jù)外媒報道,代爾夫特理工大學(xué)(Delft University of Technology)與清華大學(xué)的研究人員合作,首次成功制造了一種可與鋰金屬負(fù)極良好匹配的電解質(zhì),朝著研制新型鋰離子電池邁出了重要一步,這種電池可用于電動汽車、智能手機(jī)和筆記本電腦等領(lǐng)域。從理論上講,與目前的電池相比,這種材料可以獲得兩到三倍的能量密度。
 
       鋰離子電池充放電時,電解質(zhì)會緩慢地分解,所產(chǎn)生的廢物在電解質(zhì)和電極之間的界面積累。久而久之,充電的次數(shù)會越來越多。
 
       目前,商用電池主要采用碳酸鹽作為電解質(zhì)。在現(xiàn)有鋰離子電池中,這些含有碳和氧的化合物可以良好運(yùn)行,電解質(zhì)分解非常緩慢,因此,鋰離子電池可以用上好幾年。但是,研究帶頭人Marnix Wagemaker表示:“如果你想增加電池的能量密度,必須使用完全不同的材料。”比起現(xiàn)在的石墨負(fù)極,鋰金屬負(fù)極儲存的鋰離子更多。鋰離子越多,能量密度就越高,電池的續(xù)航時間也就越長。
 
       從理論上講,鋰金屬負(fù)極電池的鋰容量可以達(dá)到現(xiàn)有電池的十倍,問題是沒有好的電解質(zhì)。目前廣泛使用的電解質(zhì)在與鋰金屬負(fù)極結(jié)合時分解得太快。最近,代爾夫特理工大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種基于酰胺類化合物的電解質(zhì)。這種電解質(zhì)可與鋰金屬負(fù)極良好兼容,這是邁向新一代鋰離子電池的重要一步。
 
       保護(hù)作用
 
       這種新電解質(zhì)在電池內(nèi)部也會發(fā)生衰變。Wagemaker說:“和其它電解質(zhì)一樣,我們的電解質(zhì)由于與電極反應(yīng)而分解。不同的是,這種衰變對我們的電解質(zhì)有積極的影響。在電極和新電解質(zhì)之間積累的廢物,實(shí)際上具有保護(hù)作用。它們會形成一層保護(hù)層,阻止進(jìn)一步發(fā)生有害反應(yīng)。此外,離子很容易通過這一層體,所以電池可以繼續(xù)正常工作很長一段時間。電池仍在衰變,但以一種非�?煽氐姆绞健�”
 
       電解質(zhì)中的物質(zhì)種類和數(shù)量各不相同。為了找到合適的化學(xué)混合物,研究人員采用基于量子力學(xué)定律和“化學(xué)直覺”的先進(jìn)計(jì)算方法,打造新型電解質(zhì)配方。研究人員表示:“我們知道,酰胺可能會引發(fā)一種反應(yīng),形成保護(hù)層。通過我們的理論計(jì)算,我們能夠進(jìn)一步預(yù)測什么樣的混合物運(yùn)轉(zhuǎn)良好。”
 
       追蹤鋰離子
 
       Wagemaker利用代爾夫特反應(yīng)堆研究所的科學(xué)儀器來研究電池。該儀器能夠利用中子實(shí)時跟蹤電解液中的鋰離子,這種技術(shù)稱為中子深度剖面分析。Wagemaker稱:“我們能夠清楚地看到,隨著時間的推移,保護(hù)層如何對鋰金屬的構(gòu)成產(chǎn)生積極影響,我們也看到了保護(hù)層怎樣提高電池壽命。”
 
       雖然研究結(jié)果很喜人,但是在這種電池投入市場之前,還有很多工作要做。Wagemaker滿懷希望地表示:“我們需要改進(jìn)負(fù)極。但是,預(yù)計(jì)我們很快就能制造出實(shí)驗(yàn)室電池,它的能量密度比目前電池要高出2到3倍。這種電池可能還達(dá)不到幾千次充放電循環(huán),但數(shù)百次充放電肯定是可以實(shí)現(xiàn)的。”
 
(責(zé)任編輯:子蕊)
文章標(biāo)簽: 鋰離子電池 鋰金屬 電解質(zhì)
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