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应对低温下锂电池“趴窝”的新技术获突破

来源:电子发烧友 | 作者:wxf | 分类:技术 | 时间:2021-03-03 | 浏览:9464
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锂电网讯:加州大学圣迭戈分校(UCSD)的研究团队就在试图开发一种可以在极低温度下充电和放电的电池,这通常需要额外的加热系统,不过此次他们将重点放在了电解质上,依靠电解质中的弱结合性,令锂金属电池在寒冷条件下释放出空前性能。

据了解,与当前使用的石墨/铜的混合阳极相比,纯锂金属阳极具有出色的能量密度,因此它被认为是一项很有前途的技术。在如此之大的差异面前,一些电池研究人员甚至将锂金属描述为“梦想材料”,并将其视为打破能量密度瓶颈的关键。作为在循环过程中于电池两极间来回携带锂离子的溶液,电解质在一块电池中的重要性是不言而喻的。UCSD研究团队此次的目标是开发一种不会结冰的电解质,让锂离子在寒冷的环境中也能进行移动。

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具体而言,研究人员用了两种类型的电解质进行实验,其中一种可与离子牢固结合、另一种则要弱得多,进而验证哪种情况更适用于低温工况。

结果发现,在-60℃(-76℉)环境下,采用牢固结合电解质的这组实验电池仅能坚持两个循环,而后就停止了工作。而与之相对的是,使用弱结合电解质的电池在循环50次后仍能平稳运行,并保持76%的容量。若将工作温度改为-40°C(-40°F),这种方案甚至能保持84%的容量。

该研究第一作者John Holoubek表示,“我们发现锂离子与电解质之间的结合、以及离子在电解质中所占据的结构,与它们在低温下的表现有极大的关联。”值得一提的是,针对此类概念验证电池的进一步研究还表明,弱结合电解质能够让离子更均匀地沉积在电池阳极上,而强结合电解质则会导致块状和针状的沉积(枝晶)。这是研究锂金属电池的科学家们关注的另一个重点,因为它们会迅速导致电池短路和失效等严重故障。

研究人员表示,“通过在原子层面了解锂离子和电解质的相互作用,不仅可以提升锂电池的低温表现,还有助于防止枝晶的形成”研究小组在这些发现的基础上,建立了一个具有硫基阴极和弱结合电解质的锂金属电池原型。据称,这种设备将有望在外太空探索和深海勘探等领域发挥重要的作用。

“这项工作的意义实际上是双重的,”研究人员说,从科学的角度来说,它提出了与传统观点相反的见解。从技术上讲,这是第一款可在超低温下充电的锂金属电池,它还可以在-60摄氏度完全运行的情况下提供可观的能量密度。这两方面都为超低温电池提供了一个完整的解决方案。


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