中外研究人員合作開發新電解質 推動新一代鋰離子電池發展
時間:2020-09-04 09:27來源:蓋世汽車 作者:Elisha
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圖片來源：Delft官網
據外媒報道，代爾夫特理工大學（Delft University of Technology）與清華大學的研究人員合作，首次成功制造了一種可與鋰金屬負極良好匹配的電解質，朝著研制新型鋰離子電池邁出了重要一步，這種電池可用于電動汽車、智能手機和筆記本電腦等領域。從理論上講，與目前的電池相比，這種材料可以獲得兩到三倍的能量密度。
鋰離子電池充放電時，電解質會緩慢地分解，所產生的廢物在電解質和電極之間的界面積累。久而久之，充電的次數會越來越多。
目前，商用電池主要采用碳酸鹽作為電解質。在現有鋰離子電池中，這些含有碳和氧的化合物可以良好運行，電解質分解非常緩慢，因此，鋰離子電池可以用上好幾年。但是，研究帶頭人Marnix Wagemaker表示：“如果你想增加電池的能量密度，必須使用完全不同的材料。”比起現在的石墨負極，鋰金屬負極儲存的鋰離子更多。鋰離子越多，能量密度就越高，電池的續航時間也就越長。
從理論上講，鋰金屬負極電池的鋰容量可以達到現有電池的十倍，問題是沒有好的電解質。目前廣泛使用的電解質在與鋰金屬負極結合時分解得太快。最近，代爾夫特理工大學的研究人員開發了一種基于酰胺類化合物的電解質。這種電解質可與鋰金屬負極良好兼容，這是邁向新一代鋰離子電池的重要一步。
保護作用
這種新電解質在電池內部也會發生衰變。Wagemaker說：“和其它電解質一樣，我們的電解質由于與電極反應而分解。不同的是，這種衰變對我們的電解質有積極的影響。在電極和新電解質之間積累的廢物，實際上具有保護作用。它們會形成一層保護層，阻止進一步發生有害反應。此外，離子很容易通過這一層體，所以電池可以繼續正常工作很長一段時間。電池仍在衰變，但以一種非常可控的方式。”
電解質中的物質種類和數量各不相同。為了找到合適的化學混合物，研究人員采用基于量子力學定律和“化學直覺”的先進計算方法，打造新型電解質配方。研究人員表示：“我們知道，酰胺可能會引發一種反應，形成保護層。通過我們的理論計算，我們能夠進一步預測什么樣的混合物運轉良好。”
追蹤鋰離子
Wagemaker利用代爾夫特反應堆研究所的科學儀器來研究電池。該儀器能夠利用中子實時跟蹤電解液中的鋰離子，這種技術稱為中子深度剖面分析。Wagemaker稱：“我們能夠清楚地看到，隨著時間的推移，保護層如何對鋰金屬的構成產生積極影響，我們也看到了保護層怎樣提高電池壽命。”
雖然研究結果很喜人，但是在這種電池投入市場之前，還有很多工作要做。Wagemaker滿懷希望地表示：“我們需要改進負極。但是，預計我們很快就能制造出實驗室電池，它的能量密度比目前電池要高出2到3倍。這種電池可能還達不到幾千次充放電循環，但數百次充放電肯定是可以實現的。”
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