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研究人員開發(fā)可充電鋰金屬電池框架 有望將能量密度提高40%
時(shí)間:2023-03-24 09:24來源:蓋世汽車 作者:Elisha
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據(jù)外媒報(bào)道，普渡大學(xué)Vilas Pol能源研究小組（ViPER）進(jìn)行了一項(xiàng)研究，有望開發(fā)高能量密度可充電鋰金屬電池，并解決醚基電解液的電化學(xué)氧化不穩(wěn)定性問題。
（圖片來源：普渡大學(xué)）
該團(tuán)隊(duì)的重點(diǎn)是設(shè)計(jì)和制造高容量材料，以用于下一代鋰離子、鋰硫、鈉離子、固態(tài)和超低溫電池系統(tǒng)，并提高安全性。該校化學(xué)工程教授 Vilas Pol表示：“目前儲(chǔ)能技術(shù)快速增長，旨在降低碳排放目標(biāo)，并滿足消費(fèi)電子和電動(dòng)汽車市場(chǎng)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的巨大需求。這要求下一代鋰電池具有更高的能量密度和安全性。”
用高能鋰金屬代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石墨負(fù)極材料，是一種富有前景的方法。然而，這種負(fù)極材料存在可循環(huán)性和安全性低等缺點(diǎn)。Pol表示：“從鋰金屬電池（LMB）新技術(shù)基礎(chǔ)研究的角度來看，開發(fā)可以兼容富有前景的正、負(fù)極的電解液化學(xué)成分，具有重要意義。”
在這項(xiàng)研究中，研究人員證明，當(dāng)使用高非極性二丙醚（highly nonpolar dipropyl ether）作為電解液溶劑時(shí)，在工業(yè)可行配置下，低濃度乙醚基電解液（ether-based electrolyte）可以承受實(shí)際LMB中的長期高壓（4.3 V）操作。
Li表示：“本項(xiàng)研究的主要挑戰(zhàn)在于，利用稀醚基電解液，同時(shí)實(shí)現(xiàn)鋰金屬負(fù)極和高壓正極的長期循環(huán)。醚的氧化穩(wěn)定性較差，但與鋰金屬負(fù)極可以合理兼容。這項(xiàng)研究的目標(biāo)是擴(kuò)展其高壓能力。研究人員從分子水平上證實(shí)了，稀醚基電解液的溶劑化行為，與其在高壓正極上的性能之間，具有本質(zhì)上的相關(guān)性。”
通過詳細(xì)的經(jīng)典分子動(dòng)力學(xué)（MD）模擬和密度泛函理論（DFT）計(jì)算，再加上多模態(tài)實(shí)驗(yàn)分析，可以進(jìn)一步解釋它們之間的相關(guān)性。結(jié)果表明，調(diào)節(jié)醚基電解液的溶劑化結(jié)構(gòu)，可以重新排列溶劑化物種的降解順序，并在正極表面選擇性形成魯棒保護(hù)。此外，調(diào)整表面電雙層的成分，可以防止醚氧化。
這種獨(dú)特的動(dòng)力學(xué)抑制方法不同于傳統(tǒng)的策略，如使用超高濃度電解液，或引入分子氟化以提高電解液的穩(wěn)定性，這大大增加了電池的成本。與傳統(tǒng)的鋰離子電池相比，ViPER開發(fā)的LMB，有望將能量密度提高40%。
(責(zé)任編輯：子蕊)
文章標(biāo)簽：
鋰金屬電池
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