MIT發(fā)現新電解質 電池能量密度或達到420瓦時/公斤
時間:2021-04-01 11:21來源:蓋世汽車 作者:Elisha
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(圖片來源：MIT)
為了提升鋰電池能量密度，可以用金屬電極代替常規(guī)使用的石墨負極。但是，由于電液質和電極之間可能發(fā)生不必要的化學反應，這一做法受到阻礙。據外媒報道，麻省理工學院（MIT）等機構的研究人員發(fā)現了一種新電解質，不僅可以克服這些問題，而且能在不影響循環(huán)壽命的情況下，使下一代電池的單位重量功率大幅躍升。
研究人員表示，這一發(fā)現或使鋰金屬電池的能量密度增加至420瓦時/公斤，從而延長電池汽車的續(xù)航里程。目前，鋰離子電池的能量密度約為260瓦時/公斤。
該電解質的基本原料成本較低(其中一種中間化合物由于使用受限比較昂貴)，而且制備過程簡單,或將在較短時間內得到應用。化學教授Jeremiah Johnson表示，這種電解質并不是全新的。幾年前，該研究小組的一些成員為其他應用開發(fā)了這種電解質。最近，研究人員發(fā)現，這種電解質有可能應用于鋰金屬電池。
研究人員開發(fā)了三種不同的基于磺胺的配方，能有效抵抗氧化和其他降解效應。目前，與這種電解質搭配使用的電極是含有部分鈷和錳的氧化鎳。在充放電過程中，電極材料會發(fā)生非均質膨脹和收縮，若與常規(guī)電解質一起使用，可能會發(fā)生開裂和性能衰退。但實驗發(fā)現，使用這種新電解質，可以大大減少應力腐蝕導致的開裂降解。
問題在于合金中的金屬原子傾向于溶解到液態(tài)電解質中，從而失去質量并導致金屬破裂。使用新的電解質，可以有效避免這種現象。研究人員發(fā)現，這種電解質材料的形態(tài)更加堅固。在新電解質中，過渡金屬“沒有那么大的溶解度”。這種材料很容易讓鋰離子通過（電池充放電的基本機制），同時阻止其他陽離子（即過渡金屬）進入。與標準電解質相比，經過多次充放電循環(huán)，電極表面堆積的有害化合物，可減少至原來的十分之一以上。
機械工程和材料科學與工程學教授Shao-Horn表示：“這種電解質對高能富鎳材料氧化具有化學抗性，可以防止顆粒破裂，并在循環(huán)過程中穩(wěn)定正極。這種電解質還可以穩(wěn)定可逆性剝離和電鍍鋰金屬，這是實現可充電鋰金屬電池的重要一步，其能量是領先鋰離子電池的兩倍。這一發(fā)現將推動電解質研究，以及鋰金屬電池液體電解質的設計，使其可與固態(tài)電解質相媲美。”
研究人員將繼續(xù)擴大生產規(guī)模，以降低成本。因為不需要重新設計整個電池系統(tǒng)，所以這種電解質可能很快得到應用，并在幾年內實現商業(yè)化。Johnson表示：“我們使用現成的商業(yè)原料，并通過非常簡單的反應進行制造。”但是，目前用于合成電解質的前體化合物價格昂貴，擴大產量將有助于降低價格。
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