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新电解质大幅提高锂电池效能和使用寿命

导读: 美国能源部太平洋西北国家实验室的科学家开发出一种新型电解质,不但能解决锂离子电池短路起火问题,还能大幅提高电池效能和使用寿命。研究人员称,该发现可能导致更加强大而实用的下一代可充电电池,如锂硫、锂空气和锂金属电池等。

  OFweek锂电网讯 美国能源部太平洋西北国家实验室的科学家开发出一种新型电解质,不但能解决锂离子电池短路起火问题,还能大幅提高电池效能和使用寿命。研究人员称,该发现可能导致更加强大而实用的下一代可充电电池,如锂硫、锂空气和锂金属电池等。

  目前大多数的可充电电池都是锂离子电池,其阳极由锂或其他材料制成,阴极通常由石墨制成。当电池被连通后,电子在两极之间的流动就会产生电流。为了控制电子,带有正电荷的锂离子会经由电解质从一极到另一极。但是石墨储能能力较低,这限制了锂离子电池的容量。于是在20世纪70年代时,人们开发出了基于锂阴极的充电电池。之所以选择锂,是因为它具有比石墨多10倍以上的储能容量。但问题是,这会导致微观上出现树突状锂枝晶生长,从而使电池出现短路故障。多年来许多人都试图解决这一问题。

  有科学家们采用了具有保护涂层的阳极材料,而其他一些人则制造出了电解质添加剂。一些解决方案的确消除了树突,但同时也导致电池功率和电量的大幅缩减。还有其他一些解决方法只能减缓这一现象的发生,却无法让树突停止生长。

  昨日媒体报道称,由美国能源部太平洋西北国家实验室研制出的这种新型电解质不但能完美解决树突问题,还能帮助锂离子电池发挥99%的效能,将其单位面积的能量密度提高10倍以上。

  负责这项研究的太平洋西北国家实验室物理学家张继光(音译)说,今天广泛应用的可充电锂离子电池的容量正在接近其峰值,应该对以锂为阳极的设计进行重新审视。基于此前的研究,张继光和他的同事决定用含有大量锂双(氟磺酰)的亚胺盐作为新型电池的电解质。此外,他们还加入了一种被称为二甲氧基乙烷的物质。

  研究人员制造了一个圆形的测试电池。在电池中使用新的电解质和锂阳极。结果发现,锂阳极的存在只产生了一些平滑的锂节点而没有出现大量的纤维状树突。经过1000次充电放电循环后,测试电池的电量仍为初始值的98.4%,能量密度保持在4毫安每平方厘米。

  这种新的电解质非常高效,同时也提供了一种新的可能性。今天电池的阴极实质上是由涂有石墨或锂等活性材料的薄金属片制成的。这个金属薄片被称为集电体,因为我们的手机等用电器正是通过它来获取电流的。之所以需要在上面涂覆活性材料,是因为迄今为止,大多数电解质在电池工作的过程中都会消耗锂离子。但是超过99%效率的电解质意味着可能创造出一种只有负集电体而没有活性材料涂覆的阴极。这有望大幅减少电池的生产成本和其尺寸,也将显著提高这些电池的安全性。

  研究人员正在评估各种添加剂,以进一步提高电解质的性能,使锂离子电池达到99.9%以上的效率。

责任编辑:Angela
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