美國大學合作利用不易燃電解質制成高效率電池

據報道，美國佛羅里達州立大學(FloridaStateUniversity)和康奈爾大學(CornellUniversityresearch)研究小組發現，用廉價而安全的組件可以制成電池，而且與今朝最先進的鋰電池相比，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，開啟了一項調查，研究目前的電池設計存在什么缺陷，以及要怎么樣改進。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。”

為降低成本，研究人員處理了幾個與電解質相關的詳盡問題，電解質是電池結構的關鍵部分，可以促使離子從一個電極移動至另一個電極。研究小組知道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，還發現了多種處理辦法。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，萌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，經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，但是降解萌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。”但是，盡管降解過程萌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，鋰離子電池由有機碳酸鹽電解質制成，但是此類電解質高度易燃，所以為戒備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，研究人員探測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膜上進行實驗。SEI膜是由于電解質分析而形成的一層保護層，通常在電池首次循環時萌生。

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試驗，然后再給電池充電。結果發現，此種電池可以循環約莫2000次，遠高于傳統鋰電池的300至500次。

聲明： 本站所發布文章部分圖片和內容自于互聯網，如有侵權請聯系刪除