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科學(xué)家開發(fā)新型能量密集型鋰硫電池 可在極端溫度下工作

2022-07-05 14:29:08來源：cnBeta.COM 閱讀量：136 評(píng)論

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導(dǎo)讀：研究小組發(fā)現(xiàn)，一種與鋰離子形成較弱結(jié)合的電解質(zhì)取得了成功，這使得鋰離子在充電過程中的分布更加均勻。

　　作為下一代電池技術(shù)研究的一部分，加州大學(xué)圣迭戈分校的科學(xué)家們正在探索能在極端溫度下工作的設(shè)計(jì)，他們已經(jīng)開始取得一些重大進(jìn)展。在他們的最新研究中，該團(tuán)隊(duì)展示了一種鋰電池，它不僅可以在嚴(yán)寒和酷熱的溫度下工作，而且可以儲(chǔ)存兩倍于當(dāng)前設(shè)備的能量，同時(shí)對(duì)環(huán)境更友好。
 
　　去年，同一組研究人員宣布了一項(xiàng)有趣的突破，它源于操縱鋰電池中離子運(yùn)動(dòng)的能力。這得益于一種重新發(fā)明的電解質(zhì)溶液，它在電池的兩個(gè)電極，即陰極和陽極之間輸送鋰離子。
 
　　研究小組發(fā)現(xiàn)，一種與鋰離子形成較弱結(jié)合的電解質(zhì)取得了成功，這使得鋰離子在充電過程中的分布更加均勻。這種弱結(jié)合的電解質(zhì)被整合到一個(gè)實(shí)驗(yàn)性的鋰電池中，該電池有一個(gè)高密度的金屬陽極和一個(gè)硫基陰極，能夠在零度以下的溫度下運(yùn)行，同時(shí)保持其大部分容量。
 
　　通過繼續(xù)實(shí)驗(yàn)其電解質(zhì)配方，科學(xué)家們現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出一個(gè)版本，它也能在光譜的另一端運(yùn)行。新的電解質(zhì)以鋰鹽和二丁醚為特征，二丁醚是一種沸點(diǎn)為141°C的化合物，使電解質(zhì)能夠在高溫下保持液態(tài)。
 
　　在用這種電解質(zhì)進(jìn)行的概念驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，這些電池能夠在零下40℃時(shí)保持87.5%的容量，在50℃時(shí)保持115.9%的容量。它們在這些溫度下還表現(xiàn)出98%以上的高庫侖效率，這與它們在壽命結(jié)束前處理更多充電周期的能力有關(guān)。
 
　　一個(gè)有能力在低溫下工作的電池可以使電動(dòng)汽車在寒冷的氣候下有更大的范圍。相反，能夠在較高溫度下安全運(yùn)行的電池，除了其他優(yōu)點(diǎn)外，還可以消除對(duì)冷卻系統(tǒng)的需求，以防止過熱。
 
　　“你需要在環(huán)境溫度可以達(dá)到三位數(shù)(華氏度)的地區(qū)進(jìn)行高溫操作，而且道路會(huì)變得更加炎熱，”研究作者鄭晨(音譯)解釋說。“在電動(dòng)汽車中，電池組通常在地板下，靠近這些熱的道路。此外，電池在運(yùn)行過程中僅僅因?yàn)橛须娏魍ㄟ^而變熱。如果電池不能忍受高溫下的這種升溫，它們的性能將迅速下降。”
 
　　再次，該團(tuán)隊(duì)的電解質(zhì)與由硫磺制成的高密度鋰金屬陽極和陰極兼容。這種類型的鋰硫電池有望儲(chǔ)存多達(dá)當(dāng)今鋰電池兩倍的能量，這可能意味著電動(dòng)汽車的續(xù)航能力增加一倍。此外，與今天的鋰電池陰極所使用的相對(duì)稀有和昂貴的金屬鈷相比，硫磺的來源更豐富，問題也更少，從而減輕了對(duì)環(huán)境的壓力。
 
　　該團(tuán)隊(duì)還表示，他們的設(shè)計(jì)提供了比目前的鋰硫電池更長的循環(huán)壽命。它現(xiàn)在正將重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到進(jìn)一步延長這種循環(huán)壽命，使電池能夠在更高的溫度下運(yùn)行，然后擴(kuò)大技術(shù)規(guī)模。
 
　　這項(xiàng)研究將于本周發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上。
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