美國高校相互合作 利用不易燃電解質(zhì)制成高效率電池2021-06-05 08:21
據(jù)外媒報道，美國佛羅里達州立大學（FloridaStateUniversity）和康奈爾大學（CornellUniversityresearch）研究小組發(fā)現(xiàn)，用廉價而安全的組件可以制成電池，而且與現(xiàn)在最先進的鋰離子電池相比，此類電池的效率要高出2至3倍。
FAMU-FSU工程學院博士后研究院A.Nijamudheen與康奈爾大學博士生SnehashisChoudhury，以及兩所大學的其他教職人員一起，開啟了一項調(diào)查，研究目前的電池設(shè)計存在什么缺陷，以及如何改進。Choudhury表示：“看到電池成本隨時間上漲的現(xiàn)象并不奇怪，廣泛采用電池的技術(shù)要降低成本。”
為降低成本，研究人員解決了幾個與電解質(zhì)相關(guān)的具體問題，電解質(zhì)是電池結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部分，可以促進離子從一個電極移動至另一個電極。研究小組了解了電解質(zhì)在電池電極上降解的化學過程，研究人員不僅發(fā)現(xiàn)了電解質(zhì)降解的機制，還發(fā)現(xiàn)了多種解決方法。Nijamudheen表示：“我們發(fā)現(xiàn)，控制在負極上形成的界面（SEI）的離子特性是關(guān)鍵。”
研究人員通過量子計算發(fā)現(xiàn)，電池降解的源頭在于電解質(zhì)中一種叫做二甘醇的成分發(fā)生聚合的方式。聚合是一種分子以化學方式結(jié)合，出現(xiàn)一種叫做聚合物的長鏈狀分子的過程。就電池而言，電解質(zhì)在與電池的正負極接觸時間長了之后，常常會分裂并重新成為更大的分子。研究人員表示：“雖然降解過程本身無害，但是降解出現(xiàn)的物質(zhì)會阻止離子進入電池電極，隨著時間推移，就會減少電池所能存儲的能量。”但是，盡管降解過程出現(xiàn)的某些聚合物會阻止離子達到電極，但是已有證據(jù)證明，其他種類的聚合物能夠有效延長電池壽命。在進行聚合計算之后，研究人員開始研究聚合過程中，不會影響電池性能的其他類型的電解質(zhì)。
一般來說，鋰離子電池由有機碳酸鹽電解質(zhì)制成，但是此類電解質(zhì)高度易燃，所以為防止電池熱失控和火災(zāi)風險，還要供應(yīng)昂貴的、冷卻熱調(diào)節(jié)部件。因此，研究人員測試了一種不易燃的穩(wěn)定電解質(zhì)–鋰硝酸鹽電解質(zhì)。
利用該電解質(zhì)，研究人開始在固態(tài)電解質(zhì)SEI膜上進行試驗。SEI膜是由于電解質(zhì)分解而形成的一層保護層，通常在電池首次循環(huán)時出現(xiàn)。
研究人員利用犧牲鹽或通過電解質(zhì)引入的新分子，在電池中自然形成了一種新型SEI膜，此外，研究人還引入了鏈轉(zhuǎn)移劑（一串分子），與二甘醇相互用途，形成屏蔽層，保護帶負電荷的電極不再降解。
為評估該設(shè)計的有效性，研究團隊對電池的使用能力進行了一系列實驗，然后再給電池充電。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，此種電池可以循環(huán)大約2000次，遠高于傳統(tǒng)鋰離子電池的300至500次。
FAMU-FSU工程學院博士后研究院A.Nijamudheen與康奈爾大學博士生SnehashisChoudhury，以及兩所大學的其他教職人員一起，開啟了一項調(diào)查，研究目前的電池設(shè)計存在什么缺陷，以及如何改進。Choudhury表示：“看到電池成本隨時間上漲的現(xiàn)象并不奇怪，廣泛采用電池的技術(shù)要降低成本。”
為降低成本，研究人員解決了幾個與電解質(zhì)相關(guān)的具體問題，電解質(zhì)是電池結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部分，可以促進離子從一個電極移動至另一個電極。研究小組了解了電解質(zhì)在電池電極上降解的化學過程，研究人員不僅發(fā)現(xiàn)了電解質(zhì)降解的機制，還發(fā)現(xiàn)了多種解決方法。Nijamudheen表示：“我們發(fā)現(xiàn)，控制在負極上形成的界面（SEI）的離子特性是關(guān)鍵。”
研究人員通過量子計算發(fā)現(xiàn)，電池降解的源頭在于電解質(zhì)中一種叫做二甘醇的成分發(fā)生聚合的方式。聚合是一種分子以化學方式結(jié)合，出現(xiàn)一種叫做聚合物的長鏈狀分子的過程。就電池而言，電解質(zhì)在與電池的正負極接觸時間長了之后，常常會分裂并重新成為更大的分子。研究人員表示：“雖然降解過程本身無害，但是降解出現(xiàn)的物質(zhì)會阻止離子進入電池電極，隨著時間推移，就會減少電池所能存儲的能量。”但是，盡管降解過程出現(xiàn)的某些聚合物會阻止離子達到電極，但是已有證據(jù)證明，其他種類的聚合物能夠有效延長電池壽命。在進行聚合計算之后，研究人員開始研究聚合過程中，不會影響電池性能的其他類型的電解質(zhì)。
一般來說，鋰離子電池由有機碳酸鹽電解質(zhì)制成，但是此類電解質(zhì)高度易燃，所以為防止電池熱失控和火災(zāi)風險，還要供應(yīng)昂貴的、冷卻熱調(diào)節(jié)部件。因此，研究人員測試了一種不易燃的穩(wěn)定電解質(zhì)–鋰硝酸鹽電解質(zhì)。
利用該電解質(zhì)，研究人開始在固態(tài)電解質(zhì)SEI膜上進行試驗。SEI膜是由于電解質(zhì)分解而形成的一層保護層，通常在電池首次循環(huán)時出現(xiàn)。
研究人員利用犧牲鹽或通過電解質(zhì)引入的新分子，在電池中自然形成了一種新型SEI膜，此外，研究人還引入了鏈轉(zhuǎn)移劑（一串分子），與二甘醇相互用途，形成屏蔽層，保護帶負電荷的電極不再降解。
為評估該設(shè)計的有效性，研究團隊對電池的使用能力進行了一系列實驗，然后再給電池充電。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，此種電池可以循環(huán)大約2000次，遠高于傳統(tǒng)鋰離子電池的300至500次。
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