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MIT发现新电解质 电池能量密度或达到420瓦时/公斤

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58京牌 为了提升锂电池能量密度,可以用金属电极代替常规使用的石墨负极。但是,由于电液质和电极之间可能发生不必要的化学反应,这一做法受到阻碍。,麻省理工学院(MIT)等机构的研究人员发现了一种新电解质,不仅可以克服这些问题,而且能在不影响循环寿命的情况下,使下一代电池的单位重量功率大幅跃升。

(图片来源:MIT)

研究人员表示,这一发现或使锂金属电池的能量密度增加至420瓦时/公斤,从而延长电池汽车的续航里程。目前,锂离子电池的能量密度约为260瓦时/公斤。

该电解质的基本原料成本较低(其中一种中间化合物由于使用受限比较昂贵),而且制备过程简单,或将在较短时间内得到应用。化学教授Jeremiah Johnson表示,这种电解质并不是全新的。几年前,该研究小组的一些成员为其他应用开发了这种电解质。最近,研究人员发现,这种电解质有可能应用于锂金属电池。

研究人员开发了三种不同的基于磺胺的配方,能有效抵抗氧化和其他降解效应。目前,与这种电解质搭配使用的电极是含有部分钴和锰的氧化镍。在充放电过程中,电极材料会发生非均质膨胀和收缩,若与常规电解质一起使用,可能会发生开裂和性能衰退。但实验发现,使用这种新电解质,可以大大减少应力腐蚀导致的开裂降解。

问题在于合金中的金属原子倾向于溶解到液态电解质中,从而失去质量并导致金属破裂。使用新的电解质,可以有效避免这种现象。研究人员发现,这种电解质材料的形态更加坚固。在新电解质中,过渡金属“没有那么大的溶解度”。这种材料很容易让锂离子通过(电池充放电的基本机制),同时阻止其他阳离子(即过渡金属)进入。与标准电解质相比,经过多次充放电循环,电极表面堆积的有害化合物,可减少至原来的十分之一以上。

机械工程和材料科学与工程学教授Shao-Horn表示:“这种电解质对高能富镍材料氧化具有化学抗性,可以防止颗粒破裂,并在循环过程中稳定正极。这种电解质还可以稳定可逆性剥离和电镀锂金属,这是实现可充电锂金属电池的重要一步,其能量是领先锂离子电池的两倍。这一发现将推动电解质研究,以及锂金属电池液体电解质的设计,使其可与固态电解质相媲美。”

研究人员将继续扩大生产规模,以降低成本。因为不需要重新设计整个电池系统,所以这种电解质可能很快得到应用,并在几年内实现商业化。Johnson表示:“我们使用现成的商业原料,并通过非常简单的反应进行制造。”但是,目前用于合成电解质的前体化合物价格昂贵,扩大将有助于降低价格。

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