鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：1334次 | 2021年12月14日
斯坦福研究發(fā)現(xiàn)電解液中添加氟 可使鋰金屬電池獲得99.98％庫倫效率
斯坦福大學(xué)的最新研究表明，鋰金屬電池有望獲得新的應(yīng)用，可以增加電動汽車的續(xù)駛里程。
當(dāng)前的電動汽車，筆記本電腦和其他可充電設(shè)備由鋰離子電池供電，鋰離子電池通常使用石墨陽極，這種陽極笨重且昂貴，但直到現(xiàn)在仍是必需的電池組件。
鋰金屬電池提供了更輕巧的選擇，因?yàn)樗鼈冇媚軌虼鎯Ω嗄芰康匿嚱饘俅媪耸?，這對于電動汽車具有顯著增加行駛里程或減輕電池重量的好處，因?yàn)樵谙嗤秶鷥?nèi)需要的電池更少。
盡管鋰金屬電池可以存儲的能量約為標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池的兩倍，但它們具有內(nèi)在的穩(wěn)定性問題，這意味著它們僅在30個循環(huán)后就無法保持充電，這意味著它們目前僅可用作不可充電的電池。
這項(xiàng)新的研究意義重大，因?yàn)樗褂昧艘环N新的電解質(zhì)材料，該材料可以提高穩(wěn)定性并因此可以延長循環(huán)時(shí)間，如果將其投放市場，則意味著可以將鋰金屬用作可充電電池。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
該研究的合著者，SLAC國家加速器實(shí)驗(yàn)室的材料科學(xué)與工程學(xué)教授和光子科學(xué)教授YiCui在一份聲明中說：“大多數(shù)電動汽車都使用鋰離子電池運(yùn)行，這些鋰離子電池正在迅速接近其能量密度的理論極限?！?。
“我們的研究重點(diǎn)是鋰金屬電池，它比鋰離子電池更輕，并且每單位重量和體積都可以提供更多的能量?！?/p>
在周一《自然能源》上發(fā)表的一項(xiàng)新研究中，斯坦福大學(xué)的研究人員描述了一種新穎的電解質(zhì)設(shè)計(jì)，該電解質(zhì)設(shè)計(jì)從根本上提高了鋰金屬材料的穩(wěn)定性，有可能使其成為為電動汽車和其他設(shè)備供電的重要競爭者。
該研究的共同作者，工程學(xué)院KKLee教授鮑振安在一份聲明中說：“鋰金屬電池對于電動汽車非常有前途，因?yàn)殡妱悠嚨闹亓亢腕w積是一個大問題。”
“但是在運(yùn)行過程中，鋰金屬陽極會與液體電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。這會導(dǎo)致鋰微結(jié)構(gòu)在陽極表面生長，這會導(dǎo)致電池著火并發(fā)生故障?！?/p>
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測繪、無人設(shè)備
左側(cè)為常規(guī)（透明）電解質(zhì)，右側(cè)為新型斯坦福電解質(zhì)。資料來源：斯坦福大學(xué)
為了解決這個已有數(shù)十年歷史的枝晶問題，研究人員假設(shè)在電解液分子中添加氟原子以增加其在鋰金屬電池中的穩(wěn)定性。
“電解質(zhì)一直是鋰金屬電池的致命弱點(diǎn)，”化學(xué)研究的共同主要作者余志高說。
氟是鋰電池電解液中廣泛使用的元素。我們利用其吸引電子的能力創(chuàng)建了一個新分子，使鋰金屬陽極在電解質(zhì)中發(fā)揮良好的作用?！?/p>
在半金屬和全電池條件下，在鋰金屬電池中測試了注入氟橡膠的新型液體電解質(zhì)分子FDMB。
結(jié)果是驚人的：不僅電池在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中循環(huán)了420次，而不是30次，其“庫侖效率”（即您從儲存的能量中獲得了多少能量）非常高。研究人員說，它的可燃性也遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的液體電解質(zhì)。
斯坦福大學(xué)開發(fā)的常規(guī)碳酸鹽電解質(zhì)（左）和新型FDMB電解質(zhì)（右）的可燃性測試。常規(guī)碳酸鹽電解質(zhì)在接觸火焰后立即可燃，但FDMB電解質(zhì)可耐受直接火焰至少三秒鐘。
“如果您充電1,000個鋰離子，放電后又能回收多少個鋰離子？”崔說。
“理想情況下，您要在1,000的千分之一中獲得100％的庫侖效率。為了在商業(yè)上可行，電池單元需要至少99.9％的庫侖效率。在我們的研究中，半電池和全電池電池的比率分別為99.52％和99.98％；令人難以置信的表現(xiàn)?！?/p>
為了正確地看待這個數(shù)字，特斯拉電池研究公司的杰夫·德恩（JeffDahn）在最近的一次采訪中說，目前使用的鋰離子電池（例如在電話中）已經(jīng)占99.8％，并且可持續(xù)使用大約4-5年。持續(xù)20年的EV電池的庫侖效率必須更接近99.95％。
Dahn說：“整體效率是衡量鋰離子電池性能的一種指標(biāo)?！薄澳Ｍ麕靵鲂示_到1[100％]。”
“如果您希望電動汽車中的電池能夠使用20年……在測試條件下，哥倫比效率必須更像是0.9995[99.95％]?！?/p>
斯坦福大學(xué)的團(tuán)隊(duì)還進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，將FDMB電解質(zhì)與無陽極的鋰金屬袋式電池一起使用-一種市售電池，完全消除了陽極，減少了鋰的需求量，從而減輕了重量。
盡管該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果在100個循環(huán)后仍顯示出容量下降的趨勢，但研究人員表示，這仍然是迄今為止無陽極技術(shù)的最佳例證之一。
材料科學(xué)與工程專業(yè)的研究生合著者漢森·王（HansenWang）說：“想法是僅在陰極側(cè)使用鋰來減輕重量。”
“無陽極電池在其容量下降到80％之前運(yùn)行了100個循環(huán)-不及同等的鋰離子電池，后者可以持續(xù)500至1,000個循環(huán)，但仍然是性能最好的無陽極電池之一?！?/p>
“這些結(jié)果表明了對多種設(shè)備的希望，”Bao說?！拜p巧，無陽極的電池將成為無人機(jī)和許多其他消費(fèi)電子產(chǎn)品的誘人特性?！?/p>
研究人員說，他們希望他們的活動能夠?qū)е屡cBattery500財(cái)團(tuán)合作，Battery500財(cái)團(tuán)是美國政府支持的機(jī)構(gòu)，旨在使電池的每千克能量密度達(dá)到500瓦時(shí)。
從角度來看，當(dāng)前的特斯拉電池（如該特斯拉“鋰摻雜”電池專利說明中所述）每千克容量的功率為247瓦時(shí)。
研究人員稱，使用FDMB電解液的無陽極電池已經(jīng)達(dá)到每公斤325瓦時(shí)。
Cui說：“我們的下一步可能是與Battery500中的其他研究人員合作，構(gòu)建接近該聯(lián)盟的500千瓦時(shí)/千克目標(biāo)的電池?！?/p>
“我們的研究基本上提供了一種設(shè)計(jì)原則，人們可以應(yīng)用它來設(shè)計(jì)更好的電解質(zhì)，”Bao補(bǔ)充說?！拔覀冎皇钦故玖艘粋€例子，但還有許多其他可能性。”
