鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1379次 | 2022年08月24日
科學(xué)家終于實(shí)現(xiàn)了不會(huì)爆炸的水性鋰電池了
馬里蘭大學(xué)和美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室的研究人員首次開(kāi)發(fā)了一種使用水鹽溶液作為電解質(zhì)的鋰電池,達(dá)到家用電子設(shè)備(例如筆記本電腦)所需的4.0伏特標(biāo)準(zhǔn),而沒(méi)有和一些市售的非水鋰電池相關(guān)的火災(zāi)和爆炸危險(xiǎn)。他們的工作出現(xiàn)在九月六日在焦耳。
"過(guò)去,假如你想要高能量的話,你會(huì)選擇一種非水電鋰電池,但是你必須在安全方面妥協(xié),假如你喜歡安全的話,你可以使用鎳氫/金屬氫化物等水性電池,但是你必須為更低的能源定居。"聯(lián)合資深作者康旭說(shuō),美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室的研究員,專(zhuān)門(mén)從事電化學(xué)和材料科學(xué)。"現(xiàn)在,我們正在表明,您可以同時(shí)獲得高能耗和高安全性。"
研究是在科學(xué)研究的2015年研究之后,出現(xiàn)了一種類(lèi)似3.0伏的電解質(zhì)電解質(zhì),但是通過(guò)所謂的"陰極挑戰(zhàn)"阻止了更高的電壓,其中電池的一端由石墨或鋰制成金屬,被水性電解質(zhì)降解。為了解決這個(gè)問(wèn)題,從三伏飛躍到四伏,馬里蘭州大學(xué)助理研究科學(xué)家楊楊楊第一作者設(shè)計(jì)了一種可應(yīng)用于石墨或鋰陽(yáng)極的新型凝膠聚合物電解質(zhì)涂層。
該疏水涂層從電極表面附近排出水分子,然后在第一次充電時(shí),分解并形成穩(wěn)定的相間分離固體陽(yáng)極和液體電解質(zhì)的分解產(chǎn)物的薄混合物。這種由非水電池中出現(xiàn)的層引發(fā)的相間隔保護(hù)了陽(yáng)極免于副反應(yīng)的衰弱,從而允許電池使用所需的陽(yáng)極材料,例如石墨或鋰金屬,并獲得更好的能量密度和循環(huán)能力。
聯(lián)合資深作者王春生教授說(shuō):"這里的關(guān)鍵創(chuàng)新就在于制造出能夠阻止和陽(yáng)極接觸的水,使水不分解,也可形成正確的界面,以支持高電池性能。"馬里蘭大學(xué)的A.JamesClark工程學(xué)院的化學(xué)和生物分子工程。
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%
和標(biāo)準(zhǔn)非水性鋰電池相比,添加凝膠涂層也可提高新電池的安全優(yōu)勢(shì),并且和任何其他提出的水溶性鋰電池相比,提高了能量密度。所有含水鋰電池都受益于水性電解質(zhì)的易燃性,而非水性電解質(zhì)中使用的高度易燃的有機(jī)溶劑。然而,獨(dú)特的是,即使相間層損壞(例如,假如電池外殼被刺穿),它也會(huì)和鋰或鋰化石墨陽(yáng)極反應(yīng)緩慢,從而防止其他情況下的吸煙,火災(zāi)或爆炸假如損壞的電池使金屬和電解液直接接觸
雖然新電池的功率和能量密度適用于目前由更危險(xiǎn)的非水電池服務(wù)的商業(yè)應(yīng)用,但某些改進(jìn)將使其更具競(jìng)爭(zhēng)力。特別是,研究人員希望新增電池可以完成的全部性能循環(huán)次數(shù),并盡可能減少材料費(fèi)用。王先生說(shuō):"現(xiàn)在我們談?wù)摰氖?0-100個(gè)周期,但是和有機(jī)電解質(zhì)電池相比,我們想要達(dá)到500個(gè)以上。"
研究人員還注意到跳躍到四伏特之后的電化學(xué)操作在電池技術(shù)之外也是重要的。徐先生說(shuō):"這是我們第一次能夠在水性介質(zhì)中穩(wěn)定真正的反應(yīng)性陽(yáng)極,如石墨和鋰。"這開(kāi)啟了電化學(xué)領(lǐng)域的許多不同話題的廣泛窗口,包括鈉離子電池,鋰硫電池,涉及鋅和鎂的多種離子化學(xué)物質(zhì),甚至電鍍和電化學(xué)合成;我們還沒(méi)有充分探索它們。