Loading… 电动汽车行驶里程短的问题解决了?原来是靠这种新电解液_TOM财经
正文
Qzone
微博
微信
电动汽车行驶里程短的问题解决了?原来是靠这种新电解液
2020-06-23 16:54 前瞻网   

 

斯坦福大学的科学家发明了一种新的锂电解液,这可能会为下一代电池汽车的发展打下基础。

在6月22日发表在《自然能源》(Nature Energy)杂志上的一项研究中,斯坦福大学(Stanford)的研究人员展示了他们的新型电解液设计可以怎样提高锂金属电池的性能。这项技术在为电动汽车、手提电脑和其他电子设备供能方面非常有前景,

研究的合著者Yi Cui是SLAC国家加速器实验室的材料科学与工程和光子科学教授,他说:“大多数电动汽车使用锂离子电池,这种电池的能量密度正在迅速地接近理论极限。我们的研究则重点关注锂金属电池,它比锂离子电池更轻,并且在单位重量和体积上可以提供更多的能量。”

从智能手机到电动汽车,锂离子电池广泛应用于各种产品当中,锂离子电池的有两个电极:一个是含有锂的正极,另一个是通常由石墨制成的负极。当放电和充电时,电解质溶液会使锂离子可以在正极和负极之间来回穿梭。

通过用金属锂来代替石墨阳极,锂金属电池可以存储更多的能量。一个锂金属电池每千克可以容纳大约两倍于传统锂离子电池的电量。

研究合著者Zhenan Bao说,“锂金属电池在电动汽车上很有前景,因为电池重量和体积在电动汽车中是一个大问题。但在运行过程中,锂金属阳极会与液体电解质发生反应,造成阳极表面出现被称为树突的锂微结构,导致电池起火和故障。”

研究人员花了几十年的时间来试图解决树突问题。

研究的共同第一作者Zhiao Yu是一名化学专业的研究生,他说:“电解液一直是锂金属电池的阿喀琉斯之踵。在我们的研究中,我们使用了有机化学来合理设计和创造新的稳定电池电解质。”

在这项研究中,Yu和他的同事们探讨了他们是否可以用一种普通的商业液体电解质来解决稳定性的问题。

Yu说:“我们假设在电解质分子中加入氟原子会使液体更稳定。氟是在锂电池电解质中广泛使用的元素。我们利用它吸引电子的能力创造了一种新分子,使锂金属阳极在电解质中良好运作。”

结果得到的是一种可以很容易批量生产的新合成化合物,缩写是FDMB。

Bao说:“电解液的设计变得非常奇特,有些已经显示出良好的前景,但生产成本非常昂贵。而Zhiao发明的FDMB分子很容易大批量生产,而且非常便宜。”

斯坦福大学的研究小组在锂金属电池中测试了这种新型电解质。

测试结果是戏剧性的。经过420次的充放电,实验电池保持了90%的初始电量。在实验室中,典型的锂金属电池在大约30次循环后就停止工作。

研究人员还在充放电过程中测量了锂离子在正负极之间转移的效率,这一特性被称为“库仑效率”。

Cui说:“如果你给1000个锂离子充电,放电后你能回收多少个锂离子?理想情况下,你想要库伦效率达到100%,把这1000个锂离子全部回收回来。要想商业化,电池的库仑效率至少需要达到99.9%。在我们的研究中,我们在半电池中得到了99.52%的库伦效率,在全电池中得到了99.98%的库伦效率,这简直是令人难以置信的表现。”

对于潜在消费类电子产品的应用,斯坦福大学的研究小组还测试了FDMB电解质在无阳极锂金属软包电池中的应用。

该研究的共同第一作者Hansen Wang是材料科学与工程专业的研究生,他说:“我们的想法是只在阴极一侧使用锂来减轻重量,无阳极电池在容量下降到80%之前可以进行100次循环,虽然不如同等容量的锂离子电池(500到1000次循环),但仍是性能最好的无阳极电池之一。”

Bao说:“这些结果显示了在广泛设备上应用的前景。轻型无阳极电池将会吸引无人机和许多其他消费电子产品。”

美国能源部(DOE)正在资助一个名为Battery500的大型研究财团,旨在推动锂金属电池的商业化,这将使汽车制造商的电动汽车更轻,行驶更长的距离。这项研究的部分资助来自这个大型研究财团,其中,财团也包括斯坦福大学和斯坦福研究中心。

通过改进阳极、电解质和其他组件,Battery500的目标是将锂金属电池的电量提高近两倍,从2016年该项目启动时的每公斤180瓦时提高到每公斤500瓦时。更高的能量重量比,或“比能(specific energy)”,是解决潜在电动汽车买家普遍的行驶里程忧虑的关键。

Cui说:“我们实验室的无阳极电池达到了每公斤比能325瓦时,这是一个相当可观的数字。我们的下一步可能是与Battery500的其他研究人员合作,建造接近财团目标的电池,即每公斤500瓦特时的电池。”

除了更长的循环寿命和更好的稳定性之外,FDMB电解质的易燃性也远低于传统电解质的易燃。

Bao补充说:“我们的研究基本上提供了一个设计原则,人们可以应用它来设计出更好的电解质。我们只是展示了一个例子,但其实还有很多其他的可能性。”

编译/前瞻经济学人APP资讯组

原文来源:https://techxplore.com/news/2020-06-battery-electrolyte-boost-electric-vehicles.html

本文来源前瞻网,转载请注明来源。本文内容仅代表作者个人观点,本站只提供参考并不构成任何投资及应用建议。(若存在内容、版权或其它问题,请联系:service@qianzhan.com)

 

责任编辑: 3976DBC

责任编辑: 3976DBC
广告