MIT發現新電解質 電池密度達420瓦時/公斤

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  為了提升鋰電池能量密度,可以用金屬電極代替常規使用的石墨負極。但是,由于電液質和電極之間可能發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了這種電解質。最近,研究人員發現,這種電解質有可能應用于鋰金屬電池。

  研究人員開發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,電極材料會發生非均質膨脹和收縮,若與常規電解質一起使用,可能會發生開裂和性能衰退。但實驗發現,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。研究人員發現,這種電解質材料的形態更加堅固。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,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,并在循環過程中穩定正極。這種電解質還可以穩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,使其可與固態電解質相媲美。”

  研究人員將繼續擴大生產規模,以降低成本。因為不需要重新設計整個電池系統,所以這種電解質可能很快得到應用,并在幾年內實現商業化。Johnson表示:“我們使用現成的商業原料,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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