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无惧严寒和酷暑!新型锂离子电池在极端环境下也能正常工作

2022年07月07日 16:01 来源:财联社
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财联社上海7月7日讯(编辑黄君芝)近期,加州大学圣地亚哥分校(UCSD)的工程师们开发出了一种新型锂离子电池,据称这种电池在极冷和高温下都能表现良好,同时仍能储存大量能量。

根据研究人员的说法,这一“壮举”是通过开发一种新型电解质实现的。这种电解质不仅可以在较宽的温度范围内坚挺耐用,而且可以与高能阳极和阴极兼容。上述研究成果已于近期发表在了《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。

无惧严寒和酷暑!新型锂离子电池在极端环境下也能正常工作

UCSD雅各布斯工程学院纳米工程学教授、该研究的资深作者Zheng Chen表示,基于这项技术开发的车用电池,即使在寒冷气候下也能让电动汽车行驶更远。此外,它们还可以减少对冷却系统的需求,以防止车辆的电池组在炎热气候下过热。

无惧严寒和酷暑!新型锂离子电池在极端环境下也能正常工作

Chen解释说:“高温对于汽车电池来说是一个重大挑战。在电动汽车中,电池组通常位于底盘,更靠近炎热的道路。此外,电池在运行过程中会因电流通过而升温。如果电池不能承受这种高温,它们的性能将迅速下降”。

无惧严寒和酷暑!新型锂离子电池在极端环境下也能正常工作

在测试中,该电池在-40°C和50°C下分别保留了87.5%和115.9%的能量容量。在这些温度下,它们还分别具有98.2%和98.7%的高库伦效率,这意味着电池在停止工作之前可以进行更多的充放电循环。

上述优异的性能都要归功于Chen和同事们开发的独特电解质。它由二丁醚与锂盐混合而成的液体溶液制成。二丁醚的一个特点是其分子与锂离子的结合较弱。换句话说,当电池运行时,电解质分子很容易释放锂离子。

研究人员在之前的一项研究中发现,这种微弱的分子相互作用可以提高电池在零下温度下的性能。另外,二丁醚很容易吸收热量,因为它在高温下保持液态(沸点为141°C)。

附加优势

此外,这种电解质的另一个特别之处在于它与锂硫电池兼容,锂硫电池是一种可充电电池,其阳极由锂金属制成,阴极由硫制成。锂硫电池是下一代电池技术的重要组成部分,因为它拥有更高的能量密度和更低的成本。

据了解,锂硫电池每公斤存储的能量是当今锂离子电池的两倍,这可以使电动汽车的续航里程增加一倍,而不会增加电池组的重量。此外,与传统锂离子电池阴极中使用的钴相比,硫的储量更为丰富。

但锂硫电池也存在问题。阴极和阳极都是超活性的。硫阴极非常活泼,在电池运行过程中会溶解;在高温下,这个问题会变得更严重。锂金属阳极容易长出枝晶,会导致电池短路,甚至有起火风险。因此,锂硫电池最多只能循环使用几十次。

“如果你想要一个高能量密度的电池,你通常需要使用非常苛刻、复杂的化学物质,”Chen说,“高能量意味着更多的反应发生,这意味着更少的稳定性,更多的降解。制造一种稳定的高能电池本身就是一项艰巨的任务,试图在更大的温度范围内做到这一点更具挑战性。”

UCSD研究团队开发的二丁醚电解质可以防止这些问题。即使在极端温度下,他们测试的电池也比典型的锂硫电池有更长的循环寿命。Chen说,“我们的电解液有助于改善阴极侧和阳极侧,同时提供高导电性和稳定性”。

(责任编辑:CF011)

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