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560 Wh/kg！新型鋰電池能量密度創(chuàng)新記錄電動(dòng)汽車有望受益

時(shí)間:2021-08-28 15:33來源:科創(chuàng)板日?qǐng)?bào) 作者:綜合報(bào)道

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為了讓電動(dòng)汽車更快地普及，就必須不斷提高其續(xù)航時(shí)間，因此科學(xué)家們一直以來都在加緊研究可以儲(chǔ)存更多能量且不會(huì)太重的電池。

近期，德國(guó)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)展示了一種新的鋰金屬電池，其能量密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了普遍的500 wh /kg的基準(zhǔn)，并且能夠在數(shù)百次循環(huán)中依舊保持性能。這項(xiàng)研究成果已于近日發(fā)表在了《焦耳》（Joule）雜志上。

從電動(dòng)汽車到智能手機(jī)，再到筆記本電腦，如今的鋰離子電池在維持現(xiàn)代世界運(yùn)轉(zhuǎn)方面做得非常出色，但科學(xué)家們認(rèn)為，通過對(duì)其結(jié)構(gòu)的微調(diào)，還可以釋放出很多潛力。更有希望的可能性之一是用純鋰金屬替換電池電極中的石墨，這種材料可以容納10倍的能量。

因此，金屬鋰被一些電池研究人員譽(yù)為“夢(mèng)想材料”，很可能幫助我們突破能量存儲(chǔ)的關(guān)鍵瓶頸，但穩(wěn)定性問題迄今一直困擾著這項(xiàng)技術(shù)。這在很大程度上與攜帶鋰離子的電解質(zhì)溶液和電池的兩個(gè)電極之間的不良反應(yīng)有關(guān)。

在眾多致力于解決這一問題的研究團(tuán)隊(duì)中，有一個(gè)來自德國(guó)卡爾斯魯厄理工學(xué)院（Karlsruhe Institute of Technology，簡(jiǎn)稱KIT）和烏爾姆亥姆霍茲學(xué)院（Helmholtz Institute Ulm，簡(jiǎn)稱HIU）的團(tuán)隊(duì)，他們提出的設(shè)計(jì)在很大程度上回避了這一問題。

據(jù)了解，研究人員首先使用了一種很用前途的材料組合：貧鈷、富鎳的層狀陰極（NCM88）和一種商業(yè)可用的有機(jī)電解質(zhì)LP30。但當(dāng)陰極達(dá)到高能量密度時(shí)，不穩(wěn)定性很快就出現(xiàn)了，隨著電池的循環(huán)，存儲(chǔ)容量下降。

“在電解液LP30中，粒子會(huì)在陰極上裂開，”HIU主任Stefano Passerini教授解釋說，“在這些裂縫中，電解液會(huì)發(fā)生反應(yīng)，破壞結(jié)構(gòu)。此外，陽極上還會(huì)形成一層厚厚的苔蘚狀鋰層。”

因此，該團(tuán)隊(duì)將LP30電解質(zhì)換成了另一種電解質(zhì)，這種電解質(zhì)極大地提高了性能。后者被描述為一種不揮發(fā)、極易燃的雙陰離子離子液體電解質(zhì)（ILE），這種成分被證明在很大程度上避免了陰極上的結(jié)構(gòu)缺陷，并使電池免于致命的電化學(xué)反應(yīng)。

研究人員指出，“在ILE的幫助下，富鎳陰極上的不良反應(yīng)可以顯著減少。”

值得注意的是，這種結(jié)構(gòu)的鋰金屬電池的能量密度為560 Wh/kg。為了給下一代電動(dòng)汽車提供動(dòng)力，科學(xué)家們都致力于突破500 Wh/kg的能量密度門檻，而目前最好的鋰離子電池的能量密度也僅為250至300 Wh/kg。

另外，這種新型鋰金屬電池被證明非常有前景的另一個(gè)因素是它的庫(kù)侖效率，這涉及鋰離子在陽極和陰極之間轉(zhuǎn)移的效率。為100個(gè)鋰離子充電，放電后再回收100個(gè)鋰離子，其庫(kù)侖效率將達(dá)到100%，而商用電池至少需要99.9%的效率才可行。這種新型鋰金屬電池的發(fā)明者稱其平均庫(kù)侖效率為99.94%。

不過誠(chéng)然，要將這些在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的電池上有希望的結(jié)果變成現(xiàn)實(shí)，還有很多工作要做，但一種提供如此高能量密度的穩(wěn)定電池可能會(huì)改變電力運(yùn)輸?shù)挠螒蛞?guī)則。

例如，電動(dòng)飛機(jī)受到當(dāng)今電池能量密度的嚴(yán)重限制，因此只能飛行相對(duì)較短的距離。電動(dòng)汽車的續(xù)航里程有限可以通過擴(kuò)大充電基礎(chǔ)設(shè)施來解決，但這種電池的高能量密度可以讓它們行駛更遠(yuǎn)的距離，并在很大程度上緩解潛在買家所謂的續(xù)航里程焦慮。

(責(zé)任編輯：子蕊)

文章標(biāo)簽：電動(dòng)汽車鋰電池電池能量密度

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