美國大學合作 利用不易燃電解質制成高效率電池
日期：2024-11-25 08:37:05 作者：宏力精密鋼管 閱讀數：571(圖片來源：佛羅里達州立大學)
蓋世汽車訊 據外媒報道，美國佛羅里達州立大學(Florida State University)和康奈爾大學(Cornell University research)研究小組發現，用廉價而安全的組件可以制成電池，而且與現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Snehashis Choudhury，以及兩所大學的其他教職人員一起，開啟了一項調查，研究目前的電池設計存在什么缺陷，以及如何改進。Choudhury表示：“看到電池成本隨時間上漲的現象并不奇怪，廣泛采用電池的技術需要降低成本?！?/p>
為降低成本，研究人員解決了幾個與電解質相關的具體問題，電解質是電池結構的關鍵部分，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在電池電極上降解的化學過程，研究人員不僅發現了電解質降解的機制，還發現了多種解決方法。Nijamudheen表示：“我們發現，控制在負極上形成的界面(SEI)的離子特性是關鍵。”
研究人員通過量子計算發現，電池降解的源頭在于電解質中一種叫做二甘醇的成分發生聚合的方式。聚合是一種分子以化學方式結合，產生一種叫做聚合物的長鏈狀分子的過程。就電池而言，電解質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，但是降解產生的物質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?！钡?，盡管降解過程產生的某些聚合物會阻止離子達到電極，但是已有證據證明，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。
一般來說，鋰電池由有機碳酸鹽電解質制成，但是此類電解質高度易燃，所以為防止電池熱失控和火災風險，還需要提供昂貴的、冷卻熱調節部件。因此，研究人員測試了一種不易燃的穩定電解質 – 鋰硝酸鹽電解質。
利用該電解質，研究人開始在固態電解質SEI膜上進行試驗。SEI膜是由于電解質分解而形成的一層保護層，通常在電池首次循環時產生。
研究人員利用犧牲鹽或通過電解質引入的新分子，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移劑(一串分子)，與二甘醇相互作用，形成屏蔽層，保護帶負電荷的電極不再降解。
為評估該設計的有效性，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。結果發現，此種電池可以循環大約2000次，遠高于傳統鋰離子電池的300至500次。