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研究人員開發(fā)含氟電解液 使電動(dòng)汽車電池在零度以下也可充電

時(shí)間:2023-05-22 09:43來源:蓋世汽車 作者:Elisha
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       許多電動(dòng)汽車車主擔(dān)心車輛電池在寒冷氣候下的有效性。據(jù)外媒報(bào)道，一種新電池化學(xué)有望解決這一問題。
（圖片來源：阿貢實(shí)驗(yàn)室）
 
       在目前的鋰離子電池中，主要的問題在于電解液。作為電池中的主要組分，電解液可在電池的兩個(gè)電極之間傳輸帶電粒子（即離子），從而實(shí)現(xiàn)電池充放電。然而，在寒冷的地區(qū)或季節(jié)，液體在零度以下開始結(jié)冰，嚴(yán)重影響電動(dòng)汽車的充電效率。
 
       為了解決這一問題，美國(guó)能源部的阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Argonne National Laboratory）和勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Lawrence Berkeley National Laboratory）開發(fā)了一種含氟電解液，甚至在零度以下也表現(xiàn)良好。阿貢化學(xué)科學(xué)和工程部門的高級(jí)化學(xué)家Zhengcheng "John" Zhang表示：“研究團(tuán)隊(duì)不僅發(fā)現(xiàn)了一種防凍電解液，其充電性能在零下4華氏度也不會(huì)下降，而且在原子層面上發(fā)現(xiàn)了是什么讓它如此有效。”
 
       這種低溫電解液有望用于電動(dòng)汽車電池，以及電網(wǎng)儲(chǔ)能和消費(fèi)電子產(chǎn)品，如計(jì)算機(jī)和電話。
 
       在當(dāng)前使用的鋰離子電池中，電解液是一種廣泛使用的鹽（六氟磷酸鋰）和碳酸鹽溶劑（如碳酸亞乙酯）的混合物。該溶劑把鹽溶解成液體。當(dāng)電池充電時(shí)，電解液將鋰離子從正極傳輸（含鋰氧化物）到負(fù)極（石墨）。這些離子從正極中移出，然后經(jīng)過電解液進(jìn)入負(fù)極。在通過電解液傳輸?shù)倪^程中，離子位于由四或五個(gè)溶劑分子組成的團(tuán)簇的中心。
 
       在起初的幾次充電過程中，這些分子簇撞擊負(fù)極表面并形成固體電解質(zhì)界面。該保護(hù)層可以起到過濾器的作用，只允許鋰離子通過層體，同時(shí)阻止溶劑分子。在這種情況下，充電時(shí)負(fù)極能夠?qū)囋哟鎯?chǔ)在石墨結(jié)構(gòu)中。在放電過程中，通過電化學(xué)反應(yīng)釋放鋰中的電子，從而產(chǎn)生電力，為汽車提供動(dòng)力。
 
       問題是，在低溫下含有碳酸鹽溶劑的電解液開始凍結(jié)，在充電時(shí)無法將鋰離子輸送到負(fù)極。這是因?yàn)殇囯x子在溶劑團(tuán)簇內(nèi)緊密結(jié)合，需要比室溫下高得多的能量來疏散簇群并穿透界面層。因此，研究人員一直在尋找更好的溶劑。
 
       該團(tuán)隊(duì)研究了若干種含氟溶劑，并確定在零下溫度的情況下能量壘最低的成分，從團(tuán)簇中釋放鋰離子。研究人員還從原子層面確定，為什么這些特殊的成分如此有效。這取決于每個(gè)溶劑分子中氟原子的位置及數(shù)量。
 
       在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)試電芯時(shí)，該團(tuán)隊(duì)的氟化電解質(zhì)可在零下4華氏度保持穩(wěn)定的儲(chǔ)能能力，實(shí)現(xiàn)400次充放電循環(huán)。即使在零下溫度環(huán)境中，其容量仍與在室溫下使用傳統(tǒng)碳酸基電解液的電芯表現(xiàn)相當(dāng)。Zhang表示：“這項(xiàng)研究展示了如何調(diào)整電解液溶劑的原子結(jié)構(gòu)，以設(shè)計(jì)適合零下溫度的新電解液。”
 
       另外，這種防凍電解液不會(huì)著火，比目前使用的碳酸鹽電解液要安全得多。Zhang表示：“該團(tuán)隊(duì)正在為這種更安全的低溫電解液申請(qǐng)專利。現(xiàn)在，研究人員正在尋找工業(yè)合作伙伴，以將其應(yīng)用于鋰離子電池設(shè)計(jì)。”
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
文章標(biāo)簽： 電池 電動(dòng)汽車 含氟電解液
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