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锂金属阳极和液化气电解质结合能擦出怎样的火花?

2019-07-10 17:16
微锂电
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导语:科学家开发的一种电解质与锂金属阳极兼容,能量密度可增加50%以上,零下60 ℃循环效率可以超过98%。 

锂金属阳极和液化气电解质结合能擦出怎样的火花?

目前,不少关于锂离子电池储能技术的新概念都有可能会大大提高电池的容量。其中一个概念是金属锂做阳极,这可能会使能量密度增加50%以上。加州大学圣地亚哥分校的科学家们利用一种最新优化的电解质,将这一想法朝着商业化又迈出一步。

圣地亚哥分校的科学家们开发了一种电解质,他们说这种电解质与锂金属阳极兼容,比目前的锂离子电池设计具有更高的能量密度,这可以使电池在零下60 ℃的低温下也表现良好,循环效率可以超过98%。

液化气电解质的相关细节首次发表在2017年的《科学》杂志上。当时,研究人员提出的仅是一种设想,即含有该电解质的电池可以为卫星和星际漫游车提供动力以及其他天马行空的建议。

锂金属阳极和液化气电解质结合能擦出怎样的火花? 

这种电池的创新点是液化气电解质(LGE)。目前的商用锂离子电池基本都使用电解液,尽管这是一种相对成熟的技术且处于主流地位,但很多研究人员都在研究固体材料作为下一代电池技术。然而,圣地亚哥分校却采取了截然不同的方法,用一种在压力下液化的气体作为电解质。而金属锂阳极具有比容量高、电化学势低、重量轻等优点,但不能与传统的电解液安全有效地工作,却可以与液化气电解质兼容。

时隔两年,近日在Joule杂志上发表的一篇新论文《液化气电解质激活的高效锂金属阳极》(High-Efficiency li - metal Anode)将这项技术引入现实。这篇论文写道,通过优化液化气电解质能够制造出一种锂电池,这种锂电池在室温下(20 ℃)循环500次后,其效率能保持在99.6%,在-60 ℃时可保持在98.4%。研究人员还指出,如果使用传统的锂金属阳极电解液,效率不会超过85%,而且大多数电解液在零下20 ℃左右完全停止工作。 

锂金属阳极和液化气电解质结合能擦出怎样的火花?

使用锂金属阳极的一个问题是树突的形成,不但会降低性能,最坏的情况还会导致短路、火灾和爆炸。研究人员称,使用液化气电解质,锂颗粒沉积“光滑致密”,沉积孔隙率仅为0.9%,而同一阳极与传统电解液反应时,沉积孔隙率达16.8%。

加州大学圣地亚哥分校纳米工程学的一名教授表示,他们有信心能开发出锂金属阳极所需要的电解质,并且希望能激励更多的研究小组认真研究液化天然气电解质。

尽管所发表的论文中没有讨论将这一概念推广到大规模制造的潜在成本效益,但加州大学圣地亚哥分校正准备促使其向商业化迈进。

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