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美國研究人員發現新型電解質材料 或實現更高效的鋰硫電池

  • 2019-12-02 14:45
  • 來源:蓋世汽車

摘要:理論上說,鋰硫電池的能量密度很高,成本也低,但存在固有的弱點。現在,美國能源部阿貢國家實驗室發現了新型電解質材料,或可解決其弱點。

【電車資源 行業資訊】據外媒報道,如今,消費電子產品和電動汽車都主要使用鋰離子電池,不過,科學家們也在尋找新的化學物質,以提升電池的能量密度和性能,使此種電池能夠超越傳統的鋰離子電池。

(圖片來源:美國能源部阿貢國家實驗室)

(圖片來源:美國能源部阿貢國家實驗室)

其中一種電池為鋰硫電池,與傳統的石墨/金屬氧化物鋰離子電池相比,此種電池能量密度更高、成本更低。不過,此種電池內部發生的寄生反應會損害其性能,阻礙其高效循環。

現在,美國能源部阿貢國家實驗室(U.S。 Department of Energy‘s Argonne National Laboratory)的科學家們發現了一種電解質材料,可以降低此種寄生反應的頻率,為研發更高效的鋰硫電池鋪平道路。

當給鋰硫電池充電時,經常會發生一種無可避免的副反應 -鋰多硫化物穿梭。當電池放電時,硫化鋰會在陰極上轉化為硫,但是有些尚未完全氧化的鋰硫化合物會在陰極中溶解,進入到電池中分隔兩個電極的液體區域 – 電解液中。

此時,鋰硫化合物會在陽極上擴散并還原,在陰極上氧化。這個過程會一遍又一遍的重復,浪費電池的電量。

引發多硫化物穿梭的很大一部分原因是多硫化物很容易溶解在一種電解液中,此種電解液由二氧戊環(DOL)和二甲氧基乙烷(DME)化合物混合而成。研究人員表示:“我們需要同時解決兩個問題 – 使其同時具備低溶解度和高導電性。”

據研究人員所說,在過去五年左右的研究中,研發出一種新型電解質材料可以解決上述兩個問題。此種材料稱為氫氟醚(HFE),具有較低溶解能力的同時,仍保持良好的導電性。研究人員表示:“鋰達到陽極的第一步是要溶解在電解液中,就像水對于食鹽來說是一種很好的溶劑,DME對于鋰來說也是一種很好的溶劑。不過,有了HFE,就像將鹽溶解于汽油中一樣(很難溶解)。”

盡管在幾年前,人們已經知道HFE擁有此特質,研究人員提出了一種方法,以預測此類分子的溶解行為和導電率。首先,他們根據化學結構,將HFE分成了三類。在測量電解液如何表現時,研究人員發現:溶解能力最低、多硫化物穿梭量最少的化學物質的導電率也較低。

研究人員表示:“這表明,目前還沒有找到鋰硫電池的靈丹妙藥,我們還需要繼續尋找能夠改善現有化學物質的方法。”

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