锂电池在极低温度下筑巢?科学家们想出了新的解决方案

2021-03-03 09:58   来源: 互联网    阅读次数:3802

为了探索更有前途的锂电池,科学家们把重点放在了基于纯锂的金属阳极方案上,而不是目前常用的混合材料上。同时,为了克服锂电池在低温下性能差的问题,这一领域的科学家们一直在"绞尽脑汁",并取得了一些突破。


据报道,加州大学圣迭戈分校(UCSD)的团队正在努力研发一种能在极低温度下充电和放电的电池,而这种电池通常需要额外的加热系统,但这一次他们专注于电解质,依靠电解质中的弱键,使锂金属电池能够在寒冷的条件下释放出前所未有的性能。


锂电池在极低温度下筑巢?科学家们想出了新的解决方案


据了解,纯锂金属阳极比目前使用的石墨/铜混合阳极具有优异的能量密度,因此被认为是一种非常有前途的技术。面对如此巨大的差异,一些电池研究人员甚至将锂称为"理想材料",认为它是打破能量密度瓶颈的关键。


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作为一种在循环过程中在电池两极之间来回传递锂离子的溶液,电池中电解质的重要性是不言而喻的。UCSD团队这次的目标是开发一种不冷冻的电解质,以便锂离子也能在寒冷的环境中移动。


具体来说,研究人员试验了两种电解质,一种是与离子牢固结合的电解质,另一种是弱得多的电解质,以验证哪种情况更适合低温条件。


锂电池在极低温度下筑巢?科学家们想出了新的解决方案


结果表明,在-60℃(-76华氏度)时,用牢固结合的电解质制成的实验电池只能维持两个周期,然后停止工作。


相反,使用弱结合电解质的电池在50次循环后仍能平稳运行,并保持76%的容量。如果将工作温度改为-40°C(-40°F),该方案甚至可以保持84%的容量。


这项研究的主要作者JohnHoloubek说,"我们发现锂离子与电解质的结合以及电解质中离子的结构与它们在低温下的性能密切相关。


值得一提的是,对这种概念验证电池的进一步研究也表明,弱束缚电解质可以使离子在电池阳极上沉积得更加均匀,而强束缚电解质则会导致块体和针状沉积(枝晶)。


这是科学家们研究锂金属电池的另一个焦点,锂金属电池会迅速导致严重的故障,如短路和故障。


研究人员说:"在原子水平上理解锂离子和电解质之间的相互作用,不仅可以改善锂电池的低温性能,而且还有助于防止枝晶的形成。


在这些发现的基础上,研究小组建立了一种含硫阴极和弱结合电解质的锂金属电池原型。据说,这类设备将在外层空间探索和深海探索等领域发挥重要作用。


这项工作的意义实际上是双重的,"研究人员说,并从科学角度提供了相反的观点。


从技术上讲,这是第一个在超低温度下充电的锂金属电池,它还可以在摄氏-60度提供相当大的能量密度。这两个方面都为低温电池提供了一个完整的解决方案。


责任编辑:无量渡口
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