新型鋰離子電池在嚴寒、酷熱的溫度下表現良好
時間:2022-07-29 09:03來源:綠色合規專家 作者:綜合報道
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最近在美國開發的新型鋰離子電池能夠在嚴寒和酷熱的溫度下表現出色，同時仍能儲存大量能量。
與之前專注于陽極，加州大學圣地亞哥分校的工程師們創造的設備能夠承受極端溫度，這要歸功于電解質由二丁醚與鋰鹽混合的液體溶液制成的。
在發表在《美國國家科學院院刊》上，研究人員解釋說，二丁醚在零下溫度下提高了電池性能，因為它的分子與鋰離子的結合很弱。換句話說，當電池運行時，電解質分子很容易釋放鋰離子。此外，二丁醚很容易吸收熱量，因為它在高溫下保持液態，沸點為141攝氏度。
在測試中，概念驗證電池在-40和50攝氏度下分別保留了87.5%和115.9%的能量容量。在這些溫度下，它們還分別具有98.2%和98.7%的高庫侖效率，這意味著電池在停止工作之前可以進行更多的充電和放電循環。
下一代電池必不可少
該研究的資深作者鄭晨表示，這種電解液的另一個特別之處在于它與鋰硫電池兼容，鋰硫電池是一種可充電電池，陽極由鋰金屬制成，陰極由硫制成.
陳解釋說，鋰硫電池是下一代電池技術的重要組成部分，因為它們承諾更高的能量密度和更低的成本。它們每公斤存儲的能量是當今鋰離子電池的兩倍——這可以使電動汽車的續航里程增加一倍，而不會增加電池組的重量。此外，與傳統鋰離子電池陰極中使用的鈷相比，硫的來源更豐富且問題更少。
然而，鋰硫電池也存在問題。陰極和陽極都具有超強反應性。硫正極非常活潑，以至于它們在電池運行期間會溶解。這個問題在高溫下會變得更糟。鋰金屬負極容易形成枝晶，可以刺穿電池的某些部分，導致電池短路。因此，鋰硫電池最多只能使用十次循環。
“如果你想要一個能量密度高的電池，你通常需要使用非常苛刻、復雜的化學物質，”陳說。“高能量意味著更多的反應正在發生，這意味著穩定性更低，降解更多。制造穩定的高能電池本身就是一項艱巨的任務——試圖在很寬的溫度范圍內做到這一點更具挑戰性。”
科學家們指出，二丁基醚電解質可以防止這些問題，即使在高溫和低溫下也是如此。事實上，陳和他的團隊測試的電池比典型的鋰硫電池具有更長的循環壽命。
“我們的電解質有助于改善陰極側和陽極側，同時提供高導電性和界面穩定性，”他說。
該團隊還通過將硫陰極接枝到聚合物上來設計更穩定的硫陰極。這可以防止更多的硫溶解到電解液中。
鑒于他們已經獲得了積極的結果，陳和他的團隊現在希望擴大電池化學成分，優化它以在更高的溫度下工作并進一步延長循環壽命。
(責任編輯：子蕊)
文章標簽：
鋰離子電池
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