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香港大學(xué)開(kāi)發(fā)新方法制備更高效、安全的鋰電池

時(shí)間:2023-03-13 08:50來(lái)源:蓋世汽車作者:Elisha

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為了應(yīng)對(duì)氣候變化和清潔能源需求，人們?nèi)找骊P(guān)注制造更加安全、容量更高的電池，以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車和電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的持續(xù)增長(zhǎng)。

（圖片來(lái)源：香港大學(xué)）

據(jù)外媒報(bào)道，香港大學(xué)（HKU）研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的新一代鋰離子電池，有望提供可行的解決方案。該團(tuán)隊(duì)由機(jī)械工程系申?yáng)|明博士負(fù)責(zé)。研究人員發(fā)現(xiàn)了一系列陰離子網(wǎng)絡(luò)固體電解質(zhì)（anionic network solid electrolytes），可以構(gòu)成新電池的組成部分，使其更安全、功率密度更高、壽命更長(zhǎng)。

目前，受益于先進(jìn)的儲(chǔ)能技術(shù)，鋰離子電池成為最常用的電池。商用電池技術(shù)采用電解液和碳質(zhì)負(fù)極，存在安全問(wèn)題、壽命有限、功率密度不足等缺點(diǎn)。

在電解液中，鋰陽(yáng)離子和對(duì)陰離子以相反的方向運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電。通常情況下，陰離子的移動(dòng)速度至少是鋰離子的四倍，因此鋰陽(yáng)離子傳導(dǎo)的電流僅占總離子電流的20%，而過(guò)多的陰離子積聚在電極和電解液之間的界面，導(dǎo)致電池內(nèi)部短路和容量衰退。

電解液具有可燃性、相對(duì)于鋰金屬的不穩(wěn)定性，以及低離子傳導(dǎo)選擇性，由此推動(dòng)對(duì)固體電解質(zhì)的研究。固體電解質(zhì)的安全性更高，并與鋰金屬負(fù)極兼容。目前，鋰金屬負(fù)極表現(xiàn)出最高的理論比功率容量。

該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的單離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)，可有效提高陽(yáng)離子電導(dǎo)率（至少增加了4倍）。這種陰離子網(wǎng)絡(luò)聚合物由不同化學(xué)計(jì)量比帶有支鏈的聚乙二醇橋接硼根陰離子組成，能把通過(guò)的陰離子捆綁纏繞在聚合物框架中，從而實(shí)現(xiàn)高度選擇性的陽(yáng)離子傳輸。

聚合物內(nèi)部的陽(yáng)離子導(dǎo)電性，由鏈段遷移率系統(tǒng)工程控制，有助于制定新的高導(dǎo)電固體電解質(zhì)的全面設(shè)計(jì)規(guī)則。

這種單離子導(dǎo)電聚合物電解液，成功克服了當(dāng)前電池中固體電解質(zhì)長(zhǎng)期存在的問(wèn)題，如循環(huán)能力低、過(guò)電位高等。預(yù)計(jì)新的離子選擇性電解液設(shè)計(jì)規(guī)則，將加快實(shí)現(xiàn)可充電鋰金屬電池。

研究人員高婧宜表示：“單離子導(dǎo)電聚合物電解液有望開(kāi)啟新型電池化學(xué)，給充電電池領(lǐng)域帶來(lái)顛覆性的變化，并提供高水平的安全性、高功率密度和長(zhǎng)生命周期。”

申博士補(bǔ)充說(shuō)，在電池中使用這種離子選擇性電解質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)快速充電。“讓電動(dòng)汽車在喝杯咖啡的時(shí)間內(nèi)充滿電。這一優(yōu)勢(shì)將開(kāi)啟清潔能源新時(shí)代。”

(責(zé)任編輯：子蕊)

文章標(biāo)簽：鋰電池

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