最近在美國開發(fā)的新型鋰離子
電池能夠在嚴(yán)寒和酷熱的溫度下表現(xiàn)出色,同時仍能儲存大量能量。
與之前專注于陽極,加州大學(xué)圣地亞哥分校的工程師們創(chuàng)造的設(shè)備能夠承受極端溫度,這要歸功于電解質(zhì)由二丁醚與鋰鹽混合的液體溶液制成的。
在發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上,研究人員解釋說,二丁醚在零下溫度下提高了電池性能,因為它的分子與鋰離子的結(jié)合很弱。換句話說,當(dāng)電池運行時,電解質(zhì)分子很容易釋放鋰離子。此外,二丁醚很容易吸收熱量,因為它在高溫下保持液態(tài),沸點為141攝氏度。
在測試中,概念驗證電池在-40和50攝氏度下分別保留了87.5%和115.9%的能量容量。在這些溫度下,它們還分別具有98.2%和98.7%的高庫侖效率,這意味著電池在停止工作之前可以進行更多的充電和放電循環(huán)。
下一代電池必不可少
該研究的資深作者鄭晨表示,這種電解液的另一個特別之處在于它與鋰硫電池兼容,鋰硫電池是一種可充電電池,陽極由鋰金屬制成,陰極由硫制成.
陳解釋說,鋰硫電池是下一代電池技術(shù)的重要組成部分,因為它們承諾更高的能量密度和更低的成本。它們每公斤存儲的能量是當(dāng)今鋰離子電池的兩倍——這可以使電動汽車的續(xù)航里程增加一倍,而不會增加電池組的重量。此外,與傳統(tǒng)鋰離子電池陰極中使用的鈷相比,硫的來源更豐富且問題更少。
然而,鋰硫電池也存在問題。陰極和陽極都具有超強反應(yīng)性。硫正極非�;顫�,以至于它們在電池運行期間會溶解。這個問題在高溫下會變得更糟。鋰金屬負(fù)極容易形成枝晶,可以刺穿電池的某些部分,導(dǎo)致電池短路。因此,鋰硫電池最多只能使用十次循環(huán)。
“如果你想要一個能量密度高的電池,你通常需要使用非�?量獭�(fù)雜的化學(xué)物質(zhì),”陳說。“高能量意味著更多的反應(yīng)正在發(fā)生,這意味著穩(wěn)定性更低,降解更多。制造穩(wěn)定的高能電池本身就是一項艱巨的任務(wù)——試圖在很寬的溫度范圍內(nèi)做到這一點更具挑戰(zhàn)性。”
科學(xué)家們指出,二丁基醚電解質(zhì)可以防止這些問題,即使在高溫和低溫下也是如此。事實上,陳和他的團隊測試的電池比典型的鋰硫電池具有更長的循環(huán)壽命。
“我們的電解質(zhì)有助于改善陰極側(cè)和陽極側(cè),同時提供高導(dǎo)電性和界面穩(wěn)定性,”他說。
該團隊還通過將硫陰極接枝到聚合物上來設(shè)計更穩(wěn)定的硫陰極。這可以防止更多的硫溶解到電解液中。
鑒于他們已經(jīng)獲得了積極的結(jié)果,陳和他的團隊現(xiàn)在希望擴大電池化學(xué)成分,優(yōu)化它以在更高的溫度下工作并進一步延長循環(huán)壽命。
(責(zé)任編輯:子蕊)
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