作者：WashingtonUniversityinSt.Louis

金屬-空氣電池由于其特殊的能量密度而成為鋰離子電池的后繼產(chǎn)品.它們可以使電動汽車充電一次便行駛一千英里或更多.

鉀空氣電池是堿金屬空氣電池家族中一個最有前途的新成員,它的理論能量密度是鋰離子電池的三倍以上.設(shè)計鉀空氣電池的一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)是選擇正確的電解質(zhì),這種液體有助于離子在陰極和陽極之間的轉(zhuǎn)移.

通常,根據(jù)與幾種電解質(zhì)特性相關(guān)的經(jīng)驗法則,采用試錯法選擇電解質(zhì),然后對幾種電解質(zhì)候選進行詳細(耗時)的測試,以確定是否達到所需的性能.

圣路易斯華盛頓大學的研究人員,由RomaB.和RaymondH.Wittcoff領(lǐng)導(dǎo),麥凱維工程學院杰出的環(huán)境與能源教授,展示了如何使用一個簡單易測量的參數(shù)來選擇堿金屬空氣電池的電解質(zhì).

他們的研究成果發(fā)表在7月8日的《國家科學院學報》上.

Ramani的團隊研究了電解質(zhì)中鹽和溶劑之間的基本相互作用,并展示了這些相互作用是如何影響電池的整體性能.他們開發(fā)了一種新的參數(shù),即“電化學”Thiele模量,一種測量離子向電極表面?zhèn)鬏敽头磻?yīng)的容易程度的方法.

本研究首次用諾貝爾獎得主馬庫斯-休斯的電子轉(zhuǎn)移理論研究了電解質(zhì)組成對離子在電解質(zhì)中運動及其在電極表面反應(yīng)的影響.

隨著溶劑重組能的增加,Thiele模量呈指數(shù)下降,這是一種改變?nèi)芙馕镔|(zhì)的溶劑化球所需能量的測量.因此,溶劑重組能可用于合理選擇高性能金屬空氣電池的電解質(zhì).不再嘗試錯誤.

“我們開始試圖更好地了解電解質(zhì)對金屬-空氣電池系統(tǒng)中氧還原反應(yīng)的影響,”Ramani團隊的研究科學家、該研究的主要作者ShrihariSankarasubramanian說.

“我們最終展示了離子在電解質(zhì)中的擴散以及這些離子在電極表面的反應(yīng)如何與打破溶解離子周圍的溶劑化殼所需的能量相關(guān).”

Ramani說:“展示了溶劑化能的單參數(shù)描述符如何與離子輸運和表面反應(yīng)動力學相關(guān)聯(lián)是一個突破性的進展.這將使我們能夠合理地開發(fā)新的高性能金屬空氣電池電解質(zhì).”