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新鋰金屬電池在-60℃充放自如,或可緩解新能源車冬季續(xù)航縮水尷尬
日期:2021-03-02   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:yutianyang_tsj 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
加州大學(xué)圣迭戈分校的納米工程師們發(fā)現(xiàn)了在超低溫下性能良好的鋰金屬電池的新原理——電解質(zhì)對鋰離子的吸附越弱越好。通過使用這種弱結(jié)合電解質(zhì),研究人員開發(fā)出了一種可在零下60攝氏度反復(fù)充電的鋰金屬電池,這在該領(lǐng)域尚屬首次。

詳細研究成果發(fā)表于《自然·能源》(Nature Energy)。

在測試中,概念驗證電池在-40和-60攝氏度的50次循環(huán)中分別保留了84%和76%的容量。研究人員指出,這樣的表現(xiàn)是前所未有的。

其他用于低溫下使用的鋰電池可以在低溫下放電,但充電時需要加熱。這意味著必須帶上額外的加熱器,以便在外太空和深海探索等應(yīng)用中使用這些電池。而此次的新電池可在超低溫下充放電。

在超低溫下提高鋰金屬電池性能,目前為止許多努力都集中在選擇不會那么容易凍結(jié)的電解質(zhì),并能保持鋰離子在電極之間快速移動。在這項研究中,研究人員發(fā)現(xiàn),關(guān)鍵不在于電解質(zhì)移動離子的速度有多快,而在于電解質(zhì)釋放離子并將其沉積在陽極上的容易程度。

研究人員通過比較兩種電解質(zhì)的電池性能得出了這些發(fā)現(xiàn):一種是與鋰離子結(jié)合較弱的電解質(zhì),另一種是與鋰離子結(jié)合較強的電解質(zhì)。具有弱結(jié)合電解質(zhì)的鋰金屬電池在-60攝氏度下整體性能更好;在50次循環(huán)后,它仍然運行強勁。相比之下,具有強結(jié)合電解質(zhì)的電池在兩個周期后就停止工作了。

在電池循環(huán)后,研究人員將它們分開,比較陽極上的鋰金屬沉積,發(fā)現(xiàn)存在明顯差異:電解質(zhì)結(jié)合較弱的電池沉積光滑均勻,而電解質(zhì)結(jié)合較強的電池沉積呈塊狀針狀。

這些發(fā)現(xiàn)使該團隊能夠設(shè)計出一種與電解質(zhì)和陽極兼容的陰極,以實現(xiàn)低溫性能。它是一種硫基陰極,由低成本、豐富且對環(huán)境無害的材料制成,不使用昂貴的過渡金屬。

研究人員表示,“這項研究的意義是雙重的。從科學(xué)的角度來說,它提出了與傳統(tǒng)觀點相反的見解。從技術(shù)上講,這是第一款可充電的鋰金屬電池,它可以在-60攝氏度完全運行的情況下提供有用的能量密度。這兩個方面為超低溫電池提供了一個完整的解決方案。”

原標題:新鋰金屬電池在-60℃充放自如,或可緩解新能源車冬季續(xù)航縮水尷尬
 
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來源:綜合報道
 
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