美國(guó)能源部阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種氟電解質(zhì)，可以保護(hù)下一代鋰金屬電池免受性能下降的影響。氟，特別是以氟化鈉的形式，被加入到許多牙膏中，以防止牙齒腐爛。這種化合物也可能是推動(dòng)非鋰離子電池發(fā)展的關(guān)鍵。
氟，特別是以氟化鈉的形式，被加入到許多牙膏中，以防止牙齒腐爛。這種化合物也可能是推動(dòng)非鋰離子電池發(fā)展的關(guān)鍵。
根據(jù)阿貢研究人員的說(shuō)法，在給定的體積或重量下，這種裝置的化學(xué)成分提供的能量是鋰離子的兩倍或更多。它們可以為汽車提供更長(zhǎng)距離的動(dòng)力，甚至有一天可以為長(zhǎng)途卡車和飛機(jī)提供動(dòng)力。人們期望這種電池的廣泛使用將有助于解決氣候變化問(wèn)題。主要問(wèn)題是隨著反復(fù)充放電，其高能量密度迅速下降。
首席研究員約翰·張?jiān)谝环菝襟w聲明中說(shuō):“使用我們的氟化陽(yáng)離子電解質(zhì)的鋰金屬電池可以大大促進(jìn)電動(dòng)汽車行業(yè)的發(fā)展，這種電解質(zhì)的用途無(wú)疑可以擴(kuò)展到鋰離子電池以外的其他類型的先進(jìn)電池系統(tǒng)。”
張指出，其中一個(gè)主要的競(jìng)爭(zhēng)者是用鋰金屬制成的陽(yáng)極來(lái)代替鋰離子電池中通常使用的石墨。因此它被稱為“鋰金屬”電池。陰極是一種含有鎳、錳和鈷(NMC)的金屬氧化物。雖然它提供的能量密度是鋰離子電池的兩倍多，但這種出色的性能在不到100次充放電循環(huán)內(nèi)就會(huì)迅速消失。
R financial watch moving news New net king...Wang Qiujinli Net - Shanghai has...Shanghai futures exchange eyes fire更換電解液該團(tuán)隊(duì)的解決方案涉及改變電解質(zhì)，鋰離子通過(guò)這種液體在陰極和陽(yáng)極之間移動(dòng)以實(shí)現(xiàn)充放電。在鋰金屬電池中，電解質(zhì)是一種由溶解在溶劑中的含鋰鹽組成的液體。短循環(huán)壽命問(wèn)題的根源在于，在最初的幾個(gè)循環(huán)中，電解液沒(méi)有在陽(yáng)極表面形成足夠的保護(hù)層。這一層也被稱為固體電解質(zhì)間相(SEl)，它的作用就像一個(gè)守護(hù)者，允許鋰離子自由進(jìn)出陽(yáng)極，分別為電池充電和放電。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，阿貢的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種新的氟化物溶劑，可以在數(shù)百次循環(huán)中保持堅(jiān)固的保護(hù)層。它將帶正電的氟化組分(陽(yáng)離子)與帶負(fù)電的不同氟化組分(陰離子)偶聯(lián)。這種混合物被稱為離子液體。張說(shuō):“我們的新電解質(zhì)的關(guān)鍵區(qū)別在于，在離子液體陽(yáng)離子部分的環(huán)狀結(jié)構(gòu)中，氟取代了氫原子。”“這對(duì)于在測(cè)試鋰金屬電池中保持?jǐn)?shù)百次循環(huán)的高性能至關(guān)重要。”
保護(hù)層阿貢領(lǐng)導(dǎo)計(jì)算設(shè)施的Theta超級(jí)計(jì)算機(jī)的模擬顯示，在任何充放電循環(huán)之前，氟陽(yáng)離子粘附并積聚在陽(yáng)極和陰極表面。然后，在循環(huán)的早期階段，形成一個(gè)彈性的SEI層，優(yōu)于以前的電解質(zhì)。高分辨率電子顯微鏡顯示，陽(yáng)極和陰極上的高保護(hù)性SEl層導(dǎo)致了穩(wěn)定的循環(huán)。
因此，該團(tuán)隊(duì)能夠調(diào)整氟溶劑與鋰鹽的比例，以創(chuàng)建具有最佳性能的層，包括不太厚或太薄的SEI厚度。由于這一層，鋰離子可以在充電和放電過(guò)程中有效地進(jìn)出電極數(shù)百次循環(huán)。研究小組指出，這種新型電解質(zhì)還有許多其他優(yōu)點(diǎn)。它成本低，因?yàn)樗梢杂脴O高的純度和一個(gè)簡(jiǎn)單的步驟，而不是多個(gè)步驟。它是環(huán)保的，因?yàn)樗褂玫娜軇┥俚枚?，溶劑是揮發(fā)性的，會(huì)將污染物釋放到環(huán)境中。而且它更安全，因?yàn)樗灰兹肌?br /> “使用我們的氟化陽(yáng)離子電解質(zhì)的鋰金屬電池可以大大促進(jìn)電動(dòng)汽車行業(yè)，”張說(shuō)。“毫無(wú)疑問(wèn)，這種電解質(zhì)的實(shí)用性可以擴(kuò)展到鋰離子電池以外的其他類型的先進(jìn)電池系統(tǒng)。”