無(wú)懼嚴(yán)寒和酷暑！新型鋰離子電池在極端環(huán)境下也能正常工作
Time:2022-07-07
無(wú)懼嚴(yán)寒和酷暑！新型鋰離子電池在極端環(huán)境下也能正常工作
Time:2022-07-07財(cái)聯(lián)社上海7月7日訊（編輯黃君芝）近期，加州大學(xué)圣地亞哥分校（UCSD）的工程師們開(kāi)發(fā)出了一種新型鋰離子電池，據(jù)稱這種電池在極冷和高溫下都能表現(xiàn)良好，同時(shí)仍能儲(chǔ)存大量能量。
根據(jù)研究人員的說(shuō)法，這一“壯舉”是通過(guò)開(kāi)發(fā)一種新型電解質(zhì)實(shí)現(xiàn)的。這種電解質(zhì)不僅可以在較寬的溫度范圍內(nèi)堅(jiān)挺耐用，而且可以與高能陽(yáng)極和陰極兼容。上述研究成果已于近期發(fā)表在了《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）上。
UCSD雅各布斯工程學(xué)院納米工程學(xué)教授、該研究的資深作者Zheng Chen表示，基于這項(xiàng)技術(shù)開(kāi)發(fā)的車用電池，即使在寒冷氣候下也能讓電動(dòng)汽車行駛更遠(yuǎn)。此外，它們還可以減少對(duì)冷卻系統(tǒng)的需求，以防止車輛的電池組在炎熱氣候下過(guò)熱。
Chen解釋說(shuō)：“高溫對(duì)于汽車電池來(lái)說(shuō)是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。在電動(dòng)汽車中，電池組通常位于底盤(pán)，更靠近炎熱的道路。此外，電池在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)因電流通過(guò)而升溫。如果電池不能承受這種高溫，它們的性能將迅速下降”。
在測(cè)試中，該電池在-40°C和50°C下分別保留了87.5%和115.9%的能量容量。在這些溫度下，它們還分別具有98.2%和98.7%的高庫(kù)倫效率，這意味著電池在停止工作之前可以進(jìn)行更多的充放電循環(huán)。
上述優(yōu)異的性能都要?dú)w功于Chen和同事們開(kāi)發(fā)的獨(dú)特電解質(zhì)。它由二丁醚與鋰鹽混合而成的液體溶液制成。二丁醚的一個(gè)特點(diǎn)是其分子與鋰離子的結(jié)合較弱。換句話說(shuō)，當(dāng)電池運(yùn)行時(shí)，電解質(zhì)分子很容易釋放鋰離子。
研究人員在之前的一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)，這種微弱的分子相互作用可以提高電池在零下溫度下的性能。另外，二丁醚很容易吸收熱量，因?yàn)樗诟邷叵卤３忠簯B(tài)（沸點(diǎn)為141°C）。
附加優(yōu)勢(shì)
此外，這種電解質(zhì)的另一個(gè)特別之處在于它與鋰硫電池兼容，鋰硫電池是一種可充電電池，其陽(yáng)極由鋰金屬制成，陰極由硫制成。鋰硫電池是下一代電池技術(shù)的重要組成部分，因?yàn)樗鼡碛懈叩哪芰棵芏群透偷某杀尽?/p>
據(jù)了解，鋰硫電池每公斤存儲(chǔ)的能量是當(dāng)今鋰離子電池的兩倍，這可以使電動(dòng)汽車的續(xù)航里程增加一倍，而不會(huì)增加電池組的重量。此外，與傳統(tǒng)鋰離子電池陰極中使用的鈷相比，硫的儲(chǔ)量更為豐富。
但鋰硫電池也存在問(wèn)題。陰極和陽(yáng)極都是超活性的。硫陰極非?；顫?，在電池運(yùn)行過(guò)程中會(huì)溶解；在高溫下，這個(gè)問(wèn)題會(huì)變得更嚴(yán)重。鋰金屬陽(yáng)極容易長(zhǎng)出枝晶，會(huì)導(dǎo)致電池短路，甚至有起火風(fēng)險(xiǎn)。因此，鋰硫電池多只能循環(huán)使用幾十次。
“如果你想要一個(gè)高能量密度的電池，你通常需要使用非?？量?、復(fù)雜的化學(xué)物質(zhì)，”Chen說(shuō)，“高能量意味著更多的反應(yīng)發(fā)生，這意味著更少的穩(wěn)定性，更多的降解。制造一種穩(wěn)定的高能電池本身就是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，試圖在更大的溫度范圍內(nèi)做到這一點(diǎn)更具挑戰(zhàn)性。”
UCSD研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的二丁醚電解質(zhì)可以防止這些問(wèn)題。即使在極端溫度下，他們測(cè)試的電池也比典型的鋰硫電池有更長(zhǎng)的循環(huán)壽命。Chen說(shuō)，“我們的電解液有助于改善陰極側(cè)和陽(yáng)極側(cè)，同時(shí)提供高導(dǎo)電性和穩(wěn)定性”。