新的电池电解液可能会进步电动汽车的性能

斯坦福大学科学家发现的一种新的锂基电解液可认为下一代电池供电的电动汽车铺平途径。

在6月22日发表于《自然能源》上的一项研讨中,斯坦福大学的研讨人员展现了他们新鲜的电解质设计如何进步锂金属电池的性能,这是一种为电动汽车,笔记本电脑和其他装备供电的有前程的技巧。

该研讨的合著者,SLAC国度加速器试验室的资料科学与工程学教授和光子科学教授Yi Cui表现: 大多数电动汽车都应用锂离子电池运行,而锂离子电池正在敏捷接近其能量密度的理论极限。 我们的研讨重点是锂金属电池,它比锂离子电池更轻,并且每单位重量和体积都可以供给更多的能量。

从智能手机到电动汽车,锂离子电池都有两个电极-一个带锂的带正电的阴极和一个通常由石墨制成的带负电的阳极。当应用电池并对其进行充电时,电解质溶液可使锂离子在阳极和阴极之间来回穿梭。

锂金属电池每千克可容纳的电量是当今惯例锂离子电池的两倍。锂金属电池通过用锂金属取代石墨阳极来做到这一点,锂金属可以存储更多的能量。

该研讨的合著者之一,KK学院工程学教授李振安说: 锂金属电池对于电动汽车非常有前程,因为电动汽车的重量和体积是一个大问题。 但是在运行进程中,锂金属阳极会与液体电解质产生反映。这会导致锂微构造在阳极表面上生长,称为树枝状晶体,这可能导致电池着火并产生故障。

研讨人员花了数十年的时光来尝试解决枝晶问题。

化学著作的共同重要作者余志高说: 电解质一直是锂金属电池的致命弱点。 在我们的研讨中,我们应用有机化学方式来合理设计和制作用于这些电池的新型,稳固的电解质。

在这项研讨中,Yu和他的同事们摸索了他们是否可以应用常见的市售液体电解质解决稳固性问题。

于说: 我们假设在电解质分子上添加氟原子会使液体更稳固。 氟是锂电池电解质中普遍应用的元素。我们应用其吸引电子的才能来创立一个新分子,使锂金属阳极在电解质中施展良好的作用。

成果是一种易于合成的新型合成化合物,缩写为FDMB。

鲍说: 电解质的设计正变得非常具有异国情调。 有些显示出良好的远景,但生产成本非常高。Zhiao提出的FDMB分子易于大批制作且价钱廉价。

斯坦福大学研讨小组测试了锂金属电池中的新电解质。

成果是惊人的。在420次充放电循环后,试验电池保存了其初始电量的90%。在试验室中,典范的锂金属电池会在大约30个循环后结束工作。

研讨人员还测量了锂离子在充电和放电进程中在阳极和阴极之间传输的效力,这种特征称为 库仑效力 。

如果您充电1,000个锂离子,那么放电后又能回收多少个锂离子? 崔说。 幻想情形下,您要在1,000的千分之一中实现100%的库仑效力。要在商业上可行,单电池的库仑效力至少应为99.9%。在我们的研讨中,半电池的99.52%,电池的99.98%。充斥细胞;令人难以置信的表示。

为了潜在地用于花费电子产品,斯坦福大学的研讨小组还测试了无阳极锂金属​​袋式电池中的FDMB电解质,这是市售的带有阴极的电池,阴极可为阳极供给锂。

资料科学与工程专业的研讨生合著者汉森 王(Hansen Wang)说: 这种想法是仅在阴极侧应用锂来减轻重量。 无阳极电池在容量降落到80%之前运行了100个循环-不及同等的锂离子电池,后者可以连续500到1,000个循环,但仍然是性能最好的无阳极电池之一。

Bao弥补说: 这些成果表明了普遍的装备远景。 轻盈,无阳极的电池将成为无人机和许多其他花费电子产品的诱人特征。

美国能源部(DOE)正在赞助一个名为Battery500的大型研讨联盟,以使锂金属电池可行,这将使汽车制作商可以制作出重量更轻的电动汽车,从而使充电之间的距离更长。这项研讨得到了包含斯坦福大学和SLAC在内的财团的部分赞助。

通过改良阳极,电解质和其他组件,Battery500的目的是使锂金属电池可供给的电量几乎增添三倍,从该打算于2016年开端时的每千克约180瓦时到每千克500瓦时。更高的能量重量比或 比能量 是解决潜在的电动汽车购置者经常遇到的里程焦虑的要害。

崔说: 我们试验室的无阳极电池每千克比能到达约325瓦时,这是一个可观的数字。 我们的下一步可能是与Battery500中的其他研讨人员合作,制作接近该财团500千瓦时/千克目的的电池。

除了更长的循环寿命和更好的稳固性外,FDMB电解质的可燃性也远低于传统电解质。

我们的研讨基础上供给了一种设计原则,人们可以利用它来设计更好的电解质, Bao弥补说。 我们只是展现了一个例子,但还有许多其他可能性。

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