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MIT研发出能防止大容量锂电池开裂的新电解质解决方案

日期:2021-03-31    来源:cnBeta

国际新能源网

2021
03/31
09:27
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关键词: 锂电池 电解质 电动汽车

据外媒报道,当谈到替代电池结构时,用高密度的锂金属代替传统的石墨材料作为电极的设计被视为非常有前景。现在,麻省理工学院(MIT)的一个团队开发了一种新的电解质解决方案,其能适应这种化学反应并解决了阻碍该技术发展的关键问题之一从而为电动汽车和移动设备的充电寿命更长铺平了道路。

锂金属电池的概念提高了移动设备和车辆在不增加重量的情况下携带更多电荷的前景。然而在它们成为现实之前仍旧需要一些技术问题需要解决。其中包括发生在电解液中的化学反应。电解液是一种溶液,当锂离子充电时,它会在阳极和阴极之间来回携带锂离子。更具体地说,金属合金中的原子很容易溶解在电解质溶液中,随着电池的循环,电极会脱落并不最终开始开裂和降解。

MIT的科学家们相信,他们已经找到了一条可行的前进道路,它实际上是从早期对锂空气电池的研究中产生的,尽管需要几年的时间,但却是另一种有希望的可能性。研究小组的一些成员几年前已经为锂空气电池开发了一种基于有机分子的新型电解质并决定在其他地方探索其潜力。

这涉及到观察电解质跟现今锂电池中使用的标准阴极的结合情况。在测试中,新电解质被证明具有很强的抗金属原子溶解能力,这防止了质量的损失和通常会出现的开裂问题。它还将电极表面多余化合物的积累减少了十倍以上且仍允许电池充电所需的锂离子轻松移动。当电解质跟锂-镍-锰-钴负极结合时,其被证明具有很高的性能,在MIT团队的实验中,它跟锂金属负极相互作用的方式则可能会真正打开一些令人兴奋的通道。

MIT的Yang Shao-Horn说道:“这种电解液具有抗高能富镍材料氧化的化学性能,可以防止颗粒破裂,并在循环过程中稳定正极。这种电解质还可以稳定、可逆地剥离和电镀锂金属,这是实现可充电锂金属电池的重要一步,其能量是最先进的锂离子电池的两倍。这一发现将促进进一步的电解质研究和锂金属电池液态电解质的设计,可跟固态电解质相媲美。”

研究小组表示,这种新电解质可以制成锂金属电池,每公斤可存储约420 wH,而目前的设备则只能做到260 hW。这可能会导致智能手机或电动汽车重量相同,但在两次充电之间的使用时间更长,这对交通运输来说可能意义重大。

研究人员的下一个目标是扩大生产规模从而使这项技术能让大众负担得起。虽然这种电解液很容易生产,但它涉及到一种很少使用的前体化合物,因此获得这种前体化合物非常昂贵,不过随着产量的增加,这种情况可能会改变。该技术的另一个优势是,它不需要对电池结构进行戏剧化的重新设计,该团队将其描述为当前电解质的“临时”替代品。

“我认为,如果我们能向世界展示这是消费电子产品的绝佳电解质,进一步扩大规模的动机将有助于推动价格下降,”研究论文作者Jeremiah Johnson表示。


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