MIT研發出能防止大容量鋰電池開裂的新電解質解決方案

據外媒報道,當談到替代電池結構時,用高密度的鋰金屬代替傳統的石墨材料作為電極的設計被視為非常有前景。現在,麻省理工學院(MIT)的一個團隊開發了一種新的電解質解決方案,其能適應這種化學反應並解決了阻礙該技術發展的關鍵問題之一從而為電動汽車和移動設備的充電壽命更長鋪平了道路。

MIT研發出能防止大容量鋰電池開裂的新電解質解決方案

鋰金屬電池的概念提高了移動設備和車輛在不增加重量的情況下攜帶更多電荷的前景。然而在它們成為現實之前仍舊需要一些技術問題需要解決。其中包括發生在電解液中的化學反應。電解液是一種溶液,當鋰離子充電時,它會在陽極和陰極之間來回攜帶鋰離子。更具體地說,金屬合金中的原子很容易溶解在電解質溶液中,隨着電池的循環,電極會脫落並不最終開始開裂和降解。

MIT的科學家們相信,他們已經找到了一條可行的前進道路,它實際上是從早期對鋰空氣電池的研究中產生的,盡管需要幾年的時間,但卻是另一種有希望的可能性。研究小組的一些成員幾年前已經為鋰空氣電池開發了一種基於有機分子的新型電解質並決定在其他地方探索其潛力。

這涉及到觀察電解質跟現今鋰電池中使用的標准陰極的結合情況。在測試中,新電解質被證明具有很強的抗金屬原子溶解能力,這防止了質量的損失和通常會出現的開裂問題。它還將電極表面多餘化合物的積累減少了十倍以上且仍允許電池充電所需的鋰離子輕松移動。當電解質跟鋰-鎳-錳-鈷負極結合時,其被證明具有很高的性能,在MIT團隊的實驗中,它跟鋰金屬負極相互作用的方式則可能會真正打開一些令人興奮的通道。

MIT的Yang Shao-Horn說道:「這種電解液具有抗高能富鎳材料氧化的化學性能,可以防止顆粒破裂,並在循環過程中穩定正極。這種電解質還可以穩定、可逆地剝離和電鍍鋰金屬,這是實現可充電鋰金屬電池的重要一步,其能量是最先進的鋰離子電池的兩倍。這一發現將促進進一步的電解質研究和鋰金屬電池液態電解質的設計,可跟固態電解質相媲美。」

研究小組表示,這種新電解質可以製成鋰金屬電池,每公斤可存儲約420 wH,而目前的設備則只能做到260 hW。這可能會導致智能手機或電動汽車重量相同,但在兩次充電之間的使用時間更長,這對交通運輸來說可能意義重大。

研究人員的下一個目標是擴大生產規模從而使這項技術能讓大眾負擔得起。雖然這種電解液很容易生產,但它涉及到一種很少使用的前體化合物,因此獲得這種前體化合物非常昂貴,不過隨着產量的增加,這種情況可能會改變。該技術的另一個優勢是,它不需要對電池結構進行戲劇化的重新設計,該團隊將其描述為當前電解質的「臨時」替代品。

「我認為,如果我們能向世界展示這是消費電子產品的絕佳電解質,進一步擴大規模的動機將有助於推動價格下降,」研究論文作者Jeremiah Johnson表示。

來源:cnBeta