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MIT發(fā)現(xiàn)新電解質(zhì) 電池能量密度或達(dá)到420瓦時(shí)/公斤
時(shí)間:2021-04-01 11:21來源:蓋世汽車 作者:Elisha
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(圖片來源：MIT)
為了提升鋰電池能量密度，可以用金屬電極代替常規(guī)使用的石墨負(fù)極。但是，由于電液質(zhì)和電極之間可能發(fā)生不必要的化學(xué)反應(yīng)，這一做法受到阻礙。據(jù)外媒報(bào)道，麻省理工學(xué)院（MIT）等機(jī)構(gòu)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新電解質(zhì)，不僅可以克服這些問題，而且能在不影響循環(huán)壽命的情況下，使下一代電池的單位重量功率大幅躍升。
研究人員表示，這一發(fā)現(xiàn)或使鋰金屬電池的能量密度增加至420瓦時(shí)/公斤，從而延長電池汽車的續(xù)航里程。目前，鋰離子電池的能量密度約為260瓦時(shí)/公斤。
該電解質(zhì)的基本原料成本較低(其中一種中間化合物由于使用受限比較昂貴)，而且制備過程簡單,或?qū)⒃谳^短時(shí)間內(nèi)得到應(yīng)用。化學(xué)教授Jeremiah Johnson表示，這種電解質(zhì)并不是全新的。幾年前，該研究小組的一些成員為其他應(yīng)用開發(fā)了這種電解質(zhì)。最近，研究人員發(fā)現(xiàn)，這種電解質(zhì)有可能應(yīng)用于鋰金屬電池。
研究人員開發(fā)了三種不同的基于磺胺的配方，能有效抵抗氧化和其他降解效應(yīng)。目前，與這種電解質(zhì)搭配使用的電極是含有部分鈷和錳的氧化鎳。在充放電過程中，電極材料會(huì)發(fā)生非均質(zhì)膨脹和收縮，若與常規(guī)電解質(zhì)一起使用，可能會(huì)發(fā)生開裂和性能衰退。但實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，使用這種新電解質(zhì)，可以大大減少應(yīng)力腐蝕導(dǎo)致的開裂降解。
問題在于合金中的金屬原子傾向于溶解到液態(tài)電解質(zhì)中，從而失去質(zhì)量并導(dǎo)致金屬破裂。使用新的電解質(zhì)，可以有效避免這種現(xiàn)象。研究人員發(fā)現(xiàn)，這種電解質(zhì)材料的形態(tài)更加堅(jiān)固。在新電解質(zhì)中，過渡金屬“沒有那么大的溶解度”。這種材料很容易讓鋰離子通過（電池充放電的基本機(jī)制），同時(shí)阻止其他陽離子（即過渡金屬）進(jìn)入。與標(biāo)準(zhǔn)電解質(zhì)相比，經(jīng)過多次充放電循環(huán)，電極表面堆積的有害化合物，可減少至原來的十分之一以上。
機(jī)械工程和材料科學(xué)與工程學(xué)教授Shao-Horn表示：“這種電解質(zhì)對高能富鎳材料氧化具有化學(xué)抗性，可以防止顆粒破裂，并在循環(huán)過程中穩(wěn)定正極。這種電解質(zhì)還可以穩(wěn)定可逆性剝離和電鍍鋰金屬，這是實(shí)現(xiàn)可充電鋰金屬電池的重要一步，其能量是領(lǐng)先鋰離子電池的兩倍。這一發(fā)現(xiàn)將推動(dòng)電解質(zhì)研究，以及鋰金屬電池液體電解質(zhì)的設(shè)計(jì)，使其可與固態(tài)電解質(zhì)相媲美。”
研究人員將繼續(xù)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，以降低成本。因?yàn)椴恍枰匦略O(shè)計(jì)整個(gè)電池系統(tǒng)，所以這種電解質(zhì)可能很快得到應(yīng)用，并在幾年內(nèi)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。Johnson表示：“我們使用現(xiàn)成的商業(yè)原料，并通過非常簡單的反應(yīng)進(jìn)行制造。”但是，目前用于合成電解質(zhì)的前體化合物價(jià)格昂貴，擴(kuò)大產(chǎn)量將有助于降低價(jià)格。
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