美國能源部阿貢國家實驗室的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種氟電解質(zhì)，可以保護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非鋰離子電池發(fā)展的關(guān)鍵。
根據(jù)阿貢研究人員的說法，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距離的動力，甚至有一天可以為長途卡車和飛機提供動力。人們期望這種電池的廣泛使用將有助于解決氣候變化問題。主要問題是隨著反復(fù)充放電，其高能量密度迅速下降。
首席研究員約翰·張在一份媒體聲明中說:“使用我們的氟化陽離子電解質(zhì)的鋰金屬電池可以大大促進電動汽車行業(yè)的發(fā)展，這種電解質(zhì)的用途無疑可以擴展到鋰離子電池以外的其他類型的先進電池系統(tǒng)。”
張指出，其中一個主要的競爭者是用鋰金屬制成的陽極來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更換電解液該團隊的解決方案涉及改變電解質(zhì)，鋰離子通過這種液體在陰極和陽極之間移動以實現(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)壽命問題的根源在于，在最初的幾個循環(huán)中，電解液沒有在陽極表面形成足夠的保護層。這一層也被稱為固體電解質(zhì)間相(SEl)，它的作用就像一個守護者，允許鋰離子自由進出陽極，分別為電池充電和放電。
為了解決這個問題，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)中保持堅固的保護層。它將帶正電的氟化組分(陽離子)與帶負電的不同氟化組分(陰離子)偶聯(lián)。這種混合物被稱為離子液體。張說:“我們的新電解質(zhì)的關(guān)鍵區(qū)別在于，在離子液體陽離子部分的環(huán)狀結(jié)構(gòu)中，氟取代了氫原子。”“這對于在測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。”
保護層阿貢領(lǐng)導(dǎo)計算設(shè)施的Theta超級計算機的模擬顯示，在任何充放電循環(huán)之前，氟陽離子粘附并積聚在陽極和陰極表面。然后，在循環(huán)的早期階段，形成一個彈性的SEI層，優(yōu)于以前的電解質(zhì)。高分辨率電子顯微鏡顯示，陽極和陰極上的高保護性SEl層導(dǎo)致了穩(wěn)定的循環(huán)。
因此，該團隊能夠調(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程中有效地進出電極數(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。它成本低，因為它可以用極高的純度和一個簡單的步驟，而不是多個步驟。它是環(huán)保的，因為它使用的溶劑少得多，溶劑是揮發(fā)性的，會將污染物釋放到環(huán)境中。而且它更安全，因為它不易燃。
“使用我們的氟化陽離子電解質(zhì)的鋰金屬電池可以大大促進電動汽車行業(yè)，”張說。“毫無疑問，這種電解質(zhì)的實用性可以擴展到鋰離子電池以外的其他類型的先進電池系統(tǒng)。”