研究人員開發新設計 可實現更持久更強大的鋰離子電池

鋰離子電池使我們現在認為理所當然的輕量級電子設備成為可能,也使電動汽車快速發展成為可能。但是,世界各地研究人員正在繼續挑戰極限,以實現更高能量密度,即在給定質量材料中可以儲存更多能量,從而提高現有設備性能,並有可能實現新應用,如長距離無人機和機器人。

一種很有前途的方法是使用金屬電極代替傳統的石墨,在陰極有更高的充電電壓。然而,這些努力一直受阻於與分離電極的電解液發生的各種不必要化學反應。現在,麻省理工學院和其他地方的一個研究小組發現了一種新型電解質,它能克服這些問題,並能使下一代電池的單位重量功率大幅躍升,同時又不犧牲循環壽命。

麻省理工學院教授Ju Li、Yang Shao-Horn和Jeremiah Johnson,博士後薛偉江,以及麻省理工學院、兩個國家實驗室和其他地方的其他19人在《自然能源》雜志上發表論文,報告了這項研究。研究人員表示,這一發現可以使現在通常每公斤能儲存約260瓦時的鋰離子電池,有可能達到每公斤儲存約420瓦時。這將轉化為電動汽車更長的續航里程和便攜式設備上更持久的電力。

在布魯克海文國家實驗室拍攝的X射線斷層圖像顯示,使用傳統電解液的電池一個電極中的顆粒出現了裂紋。研究人員發現,使用一種新型電解質可以防止大部分的這種裂紋。這種電解質的基本原料價格低廉,而且製造它的過程也很簡單。所以,研究人員表示,這一進展可以比較快地實現。

幾年前,這個研究小組的一些成員開發了這種電解質,但用於不同的應用。它是開發鋰空氣電池的努力的一部分,而鋰空氣電池被視為最大化電池能量密度的最終長期解決方案。但這種電池的開發仍然面臨許多障礙,這種技術可能還需要幾年時間。

這種電極材料的新應用是 “有些偶然地 “發現的,因為幾年前,最初是在一家旨在開發鋰空氣電池的合作企業中開發出來的。現在還真的沒有什麼東西可以讓鋰空氣電池很好的充電,與現有的液體電解質相比,研究人員設計了這些有機分子,希望可能賦予其穩定性。他們開發了三種不同的基於磺酰胺的配方,他們發現這些配方對氧化和其他降解效應具有相當的抵抗力。然後研究人員決定用更標準的陰極來代替這種材料進行嘗試。

他們現在使用的這種電解液的電池電極類型,是一種含有一些鈷和錳的氧化鎳,是當今電動汽車行業的主力軍,由於電極材料在充電和放電的過程中會異性膨脹和收縮,因此在使用傳統電解質時,可能會導致開裂和性能下降。但在與布魯克海文國家實驗室合作的實驗中,研究人員發現,使用新的電解液可以大幅降低這些應力腐蝕開裂退化的情況。

研究人員開發新設計 可實現更持久更強大的鋰離子電池

研究人員開發新設計 可實現更持久更強大的鋰離子電池

來源:cnBeta