中外研究人員合作開發(fā)新電解質(zhì) 推動(dòng)新一代鋰離子電池發(fā)展
據(jù)外媒報(bào)道，代爾夫特理工大學(xué)（Delft University of Technology）與清華大學(xué)的研究人員合作，首次成功制造了一種可與鋰金屬負(fù)極良好匹配的電解質(zhì)，朝著研制新型鋰離子電池邁出了重要一步，這種電池可用于電動(dòng)汽車、智能手機(jī)和筆記本電腦等領(lǐng)域。從理論上講，與目前的電池相比，這種材料可以獲得兩到三倍的能量密度。
鋰離子電池充放電時(shí)，電解質(zhì)會(huì)緩慢地分解，所產(chǎn)生的廢物在電解質(zhì)和電極之間的界面積累。久而久之，充電的次數(shù)會(huì)越來越多。
目前，商用電池主要采用碳酸鹽作為電解質(zhì)。在現(xiàn)有鋰離子電池中，這些含有碳和氧的化合物可以良好運(yùn)行，電解質(zhì)分解非常緩慢，因此，鋰離子電池可以用上好幾年。但是，研究帶頭人Marnix Wagemaker表示：“如果你想增加電池的能量密度，必須使用完全不同的材料?！北绕瓞F(xiàn)在的石墨負(fù)極，鋰金屬負(fù)極儲(chǔ)存的鋰離子更多。鋰離子越多，能量密度就越高，電池的續(xù)航時(shí)間也就越長(zhǎng)。
從理論上講，鋰金屬負(fù)極電池的鋰容量可以達(dá)到現(xiàn)有電池的十倍，問題是沒有好的電解質(zhì)。目前廣泛使用的電解質(zhì)在與鋰金屬負(fù)極結(jié)合時(shí)分解得太快。最近，代爾夫特理工大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種基于酰胺類化合物的電解質(zhì)。這種電解質(zhì)可與鋰金屬負(fù)極良好兼容，這是邁向新一代鋰離子電池的重要一步。
保護(hù)作用
這種新電解質(zhì)在電池內(nèi)部也會(huì)發(fā)生衰變。Wagemaker說：“和其它電解質(zhì)一樣，我們的電解質(zhì)由于與電極反應(yīng)而分解。不同的是，這種衰變對(duì)我們的電解質(zhì)有積極的影響。在電極和新電解質(zhì)之間積累的廢物，實(shí)際上具有保護(hù)作用。它們會(huì)形成一層保護(hù)層，阻止進(jìn)一步發(fā)生有害反應(yīng)。此外，離子很容易通過這一層體，所以電池可以繼續(xù)正常工作很長(zhǎng)一段時(shí)間。電池仍在衰變，但以一種非常可控的方式。”
電解質(zhì)中的物質(zhì)種類和數(shù)量各不相同。為了找到合適的化學(xué)混合物，研究人員采用基于量子力學(xué)定律和“化學(xué)直覺”的先進(jìn)計(jì)算方法，打造新型電解質(zhì)配方。研究人員表示：“我們知道，酰胺可能會(huì)引發(fā)一種反應(yīng)，形成保護(hù)層。通過我們的理論計(jì)算，我們能夠進(jìn)一步預(yù)測(cè)什么樣的混合物運(yùn)轉(zhuǎn)良好?！?/p>
追蹤鋰離子
Wagemaker利用代爾夫特反應(yīng)堆研究所的科學(xué)儀器來研究電池。該儀器能夠利用中子實(shí)時(shí)跟蹤電解液中的鋰離子，這種技術(shù)稱為中子深度剖面分析。Wagemaker稱：“我們能夠清楚地看到，隨著時(shí)間的推移，保護(hù)層如何對(duì)鋰金屬的構(gòu)成產(chǎn)生積極影響，我們也看到了保護(hù)層怎樣提高電池壽命?！?/p>
雖然研究結(jié)果很喜人，但是在這種電池投入市場(chǎng)之前，還有很多工作要做。Wagemaker滿懷希望地表示：“我們需要改進(jìn)負(fù)極。但是，預(yù)計(jì)我們很快就能制造出實(shí)驗(yàn)室電池，它的能量密度比目前電池要高出2到3倍。這種電池可能還達(dá)不到幾千次充放電循環(huán)，但數(shù)百次充放電肯定是可以實(shí)現(xiàn)的?！?/p>