【突破】不会导致锂电池内部短路的电解质被发现。

2020-09-03 08:52 ryder

    科学家研制出一种新型电解液,可以解决锂离子电池的短路点火问题,而且提高了电池的使用寿命。研究人员说,这一发现对下一代的充电电池将非常友好,如锂硫电池、锂空气电池和锂金属电池。
 
    目前,市面上大多数可充电电池都已经使用了锂离子电池。阳极由锂或其他材料制成,阴极通常由石墨制成。当电池连接时,两极之间的电子流产生电流。为了控制电子,带正电的锂离子通过电解液从一个极移到另一个极。然而,石墨的低储能能力限制了锂离子电池的容量。在20世纪70年代,人们开发了基于锂阴极的充电电池。之所以选择锂,是因为锂的储能能力是石墨的10倍多。但问题是,这将导致枝晶在微观层面的生长,最终导致电池短路失效。这是一个困扰行业多年的难题。
 
由美国能源部太平洋西北国家实验室研发的新型电解液,不仅能完美解决树枝状晶问题,还能帮助锂离子电池发挥到99%的效率,单位面积能量密度提高10倍以上。
 
负责这项研究的物理学家张继光表示,目前广泛使用的锂离子充电电池容量已接近峰值,因此应重新审视锂离子阳极的设计。基于之前的研究,张继光和他的同事决定使用含有大量锂双(氟磺酰)的亚胺作为新型电池的电解质。此外,他们还添加了一种叫做二甲氧基乙烷的物质。研究人员做了一个圆形的测试细胞。新型电解质和锂阳极用于电池。结果表明,锂阳极的存在只产生一些光滑的锂节点,没有大量的纤维状枝晶。经过1000次充放电循环后,电池功率仍为初始值的98.4%,能量密度保持在4ma/cm~2。
 
这种新型电解液效率很高,提供了一种新的可能性。今天的阴极基本上是由薄金属板和活性材料,如石墨或锂涂层。这种金属片之所以被称为集电极,是因为像我们的手机这样的电器正是通过它获得电流的。活性物质需要在其上涂覆的原因是目前为止,大多数电解液在电池运行过程中消耗锂离子。但是,效率超过99%的电解液意味着可以制造出只有负集电体而没有活性物质涂层的阴极。这有望降低电池的生产成本和体积,也提高电池的安全性。

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