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“电位穿越”方案提升锂电池性能

导读: “提高能源利用效率,开拓新能源和可再生能源,都离不开电化学储能——新型电池。”课题组负责人、复旦化学系教授吴宇平介绍,由于锂金属的化学特性非常活泼,此前科学家将其作为负极材料,通过锂的氧化还原反应进行充电放电。

  “提高能源利用效率,开拓新能源和可再生能源,都离不开电化学储能——新型电池。”课题组负责人、复旦化学系教授吴宇平介绍,由于锂金属的化学特性非常活泼,此前科学家将其作为负极材料,通过锂的氧化还原反应进行充电放电。目前常用的锂电池中一般使用非水的有机电解质溶液作为介质,让电化学反应过程中电子可以穿梭往来。

  然而,传统方法制造的锂电池生产成本较高,且其中有机电解质溶液存在一定安全隐患。近年来全球科学家都在探索,锂电池中的介质溶液能否用离子导电率更高的水来代替?难题挡在所有人面前——锂电池依靠锂离子通过介质溶液,在正负电极间的迁移而产生电流,但由于低电位的锂离子会和水溶液发生的电化学反应,结果析出氢,生成氢氧化锂,使电池自身产生损耗,无法进行可逆充电。

  方案介绍:

  复旦研究人员独辟蹊径,用高分子材料和无机材料制成复合膜,包裹在金属锂外。这层复合膜帮助锂离子的电位在正负极之间“时空穿越”——在它的作用下,质子和水分子无法在低电位下得到电子,就不会在锂离子迁移过程中产生损耗。吴教授打趣说:“你可以把它看成一道‘任意门’,锂离子的电位经过膜,一下就到了负极,然后又直接从负极回到正极,就好像科幻片中,人跨过虫洞可以直接在地球和外太空之间往返。”正因此,课题小组把这一新发现称作“电位穿越”。

  据介绍,包裹复合膜的新型水锂电,可以大幅降低电池的成本,提高其能量密度,使充电时间更短,储存电量更多,更耐久、更稳定。

  据实验测算,这一技术制造的新型锂电池,能量效率高达95%,它的能量密度——即同样大小、质量的情况下单位储存电能,比目前普遍采用有机电解质的锂离子电池高出80%。研究人员介绍,预计装备这一新型水锂电的电动汽车,满电状态下行驶距离可达400公里,而充电时间仅10秒钟左右;如应用于笔记本电脑、手机,待机时间可增加一倍以上。

  据悉,这项研究发表在最新一期《自然·科学报道》杂志,已引发美国能源研究机构、企业关注。不过,吴宇平更希望与国内企业联手合作,推动新技术尽早产业化。
 

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