美國大學合作 利用不易燃電解質制成高效率電池

(圖片來源:佛羅里達州立大學)據國外媒體報道，佛羅里達州立大學和康奈爾大學研究團隊發現，電池可以由廉價安全的組件制成，與最先進的鋰離子電池相比，這種電池的效率高出兩到三倍。FAMU-FSU工程學院博士后研究所的A. Nijamudheen與康奈爾大學的博士生Snehashis Choudhury以及兩所大學的其他教職員工一起，開始了一項調查，研究當前的電池設計存在哪些缺陷，以及如何改進。喬杜里說:“隨著時間的推移，看到電池成本的增加并不奇怪。電池技術的廣泛采用需要降低成本。”為了降低成本，研究人員解決了與電解質相關的幾個具體問題，電解質是電池結構的關鍵部分，可以促進離子從一個電極移動到另一個電極。研究小組了解了電池電極上電解質降解的化學過程。研究人員不僅找到了電解質降解的機理，還找到了多種解決方案。Nijamudheen說:“我們發現控制在負電極上形成的界面(SEI)的離子特性是關鍵。”通過量子計算，研究人員發現電池退化的根源在于電解液中一種叫做二甘醇的成分聚合的方式。聚合是分子化學結合產生長鏈分子的過程，稱為聚合物。就電池而言，電解液在與電池的正負極長時間接觸后，往往會分裂，重新變成更大的分子。研究人員表示:“雖然降解過程本身是無害的，但降解產生的物質會阻止離子進入電池電極，這將降低電池隨著時間的推移所能儲存的能量。”然而，盡管降解過程中產生的一些聚合物可以阻止離子到達電極，但已證明其他聚合物可以有效延長電池壽命。在聚合計算之后，研究人員開始研究在聚合過程中不會影響電池性能的其他類型的電解質。一般來說，鋰電池是由有機碳酸鹽電解液制成的，但這種電解液具有高度易燃性，因此為了防止電池熱失控和火災風險，需要提供昂貴的冷卻熱調節部件。因此，研究人員測試了一種不易燃的穩定電解質——硝酸鋰電解質。使用這種電解質，研究人員開始在固體電解質SEI膜上進行實驗。SEI膜是電解液分解形成的保護層，通常在電池第一次循環時產生。研究人員通過使用犧牲鹽或通過電解質引入的新分子，在電池中自然形成了新的SEI膜。此外，研究人員還引入了鏈轉移劑(一系列分子)，與二甘醇相互作用，形成屏蔽層，保護帶負電的電極不被降解。為了評估設計的有效性，研究小組對電池的使用能力進行了一系列實驗，然后給電池充電。發現這種電池可以循環2000次左右，遠高于傳統鋰離子電池的300-500次。

(圖片來源:佛羅里達州立大學)據國外媒體報道，佛羅里達州立大學和康奈爾大學研究團隊發現，電池可以由廉價安全的組件制成，與最先進的鋰離子電池相比，這種電池的效率高出兩到三倍。FAMU-FSU工程學院博士后研究所的A. Nijamudheen與康奈爾大學的博士生Snehashis Choudhury以及兩所大學的其他教職員工一起，開始了一項調查，研究當前的電池設計存在哪些缺陷，以及如何改進。喬杜里說:“隨著時間的推移，看到電池成本的增加并不奇怪。電池技術的廣泛采用需要降低成本。”為了降低成本，研究人員解決了與電解質相關的幾個具體問題，電解質是電池結構的關鍵部分，可以促進……的運動從一個電極到另一個電極。研究小組了解了電池電極上電解質降解的化學過程。研究人員不僅找到了電解質降解的機理，還找到了多種解決方案。Nijamudheen說:“我們發現控制在負電極上形成的界面(SEI)的離子特性是關鍵。”通過量子計算，研究人員發現電池退化的根源在于電解液中一種叫做二甘醇的成分聚合的方式。聚合是分子化學結合產生長鏈分子的過程，稱為聚合物。就電池而言，電解液在與電池的正負極長時間接觸后，往往會分裂，重新變成更大的分子。研究人員表示:“雖然降解過程本身是無害的，但降解產生的物質會阻止離子進入電池電極，這將降低電池隨著時間的推移所能儲存的能量。”然而，盡管降解過程中產生的一些聚合物可以阻止離子到達電極，但已證明其他聚合物可以有效延長電池壽命。在聚合計算之后，研究人員開始研究在聚合過程中不會影響電池性能的其他類型的電解質。一般來說，鋰電池是由有機碳酸酯電解液制成的，但這種電解液是高度易燃的，所以為了防止電池熱失控和火災風險，需要提供昂貴的冷卻熱調節部件。因此，研究人員測試了一種不易燃的穩定電解質——硝酸鋰電解質。使用這種電解質，研究人員開始在固體電解質SEI膜上進行實驗。SEI膜是電解液分解形成的保護層，通常在電池第一次循環時產生。研究人員通過使用犧牲鹽或通過電解質引入的新分子，在電池中自然形成了新的SEI膜。此外，研究人員還引入了鏈轉移劑(一系列分子)，與二甘醇相互作用，形成屏蔽層，保護帶負電的電極不被降解。為了評估設計的有效性，研究小組對電池的使用能力進行了一系列實驗，然后給電池充電。發現這種電池可以循環2000次左右，遠高于傳統鋰離子電池的300-500次。

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