科学家研发新型锂电池:可在高温、极寒环境下正常工作

可在高温、极寒环境下正常工作的新型锂电池即将问世

加州大学圣地亚哥分校 (UCSD)的工程团队近日研发了一种新型锂离子电池,不仅在严寒和酷热的温度下表现良好,同时仍能储存大量能量。研究人员表示之所以具备如此好的特性,主要归功于全新开发的电解质。这种电解质不仅能在很宽的温度范围内用途广泛且坚固耐用,而且兼容高能阳极和阴极。

科学家研发新型锂电池:可在高温、极寒环境下正常工作

科学家研发新型锂电池:可在高温、极寒环境下正常工作

科学家研发新型锂电池:可在高温、极寒环境下正常工作

这项成果于 7 月 4 日发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS) 上,基于这项技术开发的车用电池即使在寒冷气候下也能让电动汽车行驶更远。加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院纳米工程学教授、该研究的资深作者郑晨(Zheng Chen,音译)说,它们还可以减少对冷却系统的需求,以防止车辆的电池组在炎热气候下过热。

Chen 解释说:“如果你需要在三位数(华氏)的高温条件下开车,那么对于汽车电池来说是一个重大挑战。在电动汽车中,电池组通常位于底盘,更靠近这些炎热的道路。此外,电池在运行过程中会因电流通过而升温。如果电池不能承受这种高温预热,它们的性能将迅速下降”。

在测试中,概念验证电池在 -40°C 和 50°C(-40 和 122°F)下分别保留了 87.5% 和 115.9% 的能量容量。在这些温度下,它们还分别具有 98.2% 和 98.7% 的高库仑效率,这意味着电池在停止工作之前可以进行更多的充电和放电循环。

由于其独特的电解质,Chen 和同事开发的电池既耐寒又耐热。它由二丁醚与锂盐混合而成的液体溶液制成。二丁基醚的一个特点是其分子与锂离子的结合较弱。换句话说,当电池运行时,电解质分子很容易释放锂离子。研究人员在之前的一项研究中发现,这种微弱的分子相互作用可以提高电池在零下温度下的性能。另外,二丁醚很容易吸收热量,因为它在高温下保持液态(沸点为 141 °C 或 286 °F)。

这种电解质的另一个特别之处在于它与锂硫电池兼容,锂硫电池是一种可充电电池,其阳极由锂金属制成,阴极由硫制成。锂硫电池是下一代电池技术的重要组成部分,因为它们承诺更高的能量密度和更低的成本。它们每公斤存储的能量是当今锂离子电池的两倍——这可以使电动汽车的续航里程增加一倍,而不会增加电池组的重量。此外,与传统锂离子电池阴极中使用的钴相比,硫的来源更丰富且问题更少。

但锂硫电池也存在问题。阴极和阳极都具有超强反应性。硫正极非常活泼,以至于它们在电池运行期间会溶解。这个问题在高温下会变得更糟。锂金属阳极容易形成称为枝晶的针状结构,可以刺穿电池的某些部分,导致电池短路。结果,锂硫电池只能持续数十次循环。

Chen 说:“如果你想要一个能量密度高的电池,你通常需要使用非常苛刻、复杂的化学物质。高能量意味着更多的反应正在发生,这意味着稳定性更低,降解更多。制造稳定的高能电池本身就是一项艰巨的任务——试图在很宽的温度范围内做到这一点更具挑战性”。

编译:cnBeta.com

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