(圖片來(lái)源:普渡大學(xué))
該團(tuán)隊(duì)的重點(diǎn)是設(shè)計(jì)和制造高容量材料,以用于下一代鋰離子、鋰硫、鈉離子、固態(tài)和超低溫電池系統(tǒng),并提高安全性。該?;瘜W(xué)工程教授 Vilas Pol表示:“目前儲(chǔ)能技術(shù)快速增長(zhǎng),旨在降低碳排放目標(biāo),并滿足消費(fèi)電子和電動(dòng)汽車市場(chǎng)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的巨大需求。這要求下一代鋰電池具有更高的能量密度和安全性。”
用高能鋰金屬代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石墨負(fù)極材料,是一種富有前景的方法。然而,這種負(fù)極材料存在可循環(huán)性和安全性低等缺點(diǎn)。Pol表示:“從鋰金屬電池(LMB)新技術(shù)基礎(chǔ)研究的角度來(lái)看,開(kāi)發(fā)可以兼容富有前景的正、負(fù)極的電解液化學(xué)成分,具有重要意義。”
在這項(xiàng)研究中,研究人員證明,當(dāng)使用高非極性二丙醚(highly nonpolar dipropyl ether)作為電解液溶劑時(shí),在工業(yè)可行配置下,低濃度乙醚基電解液(ether-based electrolyte)可以承受實(shí)際LMB中的長(zhǎng)期高壓(4.3 V)操作。
Li表示:“本項(xiàng)研究的主要挑戰(zhàn)在于,利用稀醚基電解液,同時(shí)實(shí)現(xiàn)鋰金屬負(fù)極和高壓正極的長(zhǎng)期循環(huán)。醚的氧化穩(wěn)定性較差,但與鋰金屬負(fù)極可以合理兼容。這項(xiàng)研究的目標(biāo)是擴(kuò)展其高壓能力。研究人員從分子水平上證實(shí)了,稀醚基電解液的溶劑化行為,與其在高壓正極上的性能之間,具有本質(zhì)上的相關(guān)性。”
通過(guò)詳細(xì)的經(jīng)典分子動(dòng)力學(xué)(MD)模擬和密度泛函理論(DFT)計(jì)算,再加上多模態(tài)實(shí)驗(yàn)分析,可以進(jìn)一步解釋它們之間的相關(guān)性。結(jié)果表明,調(diào)節(jié)醚基電解液的溶劑化結(jié)構(gòu),可以重新排列溶劑化物種的降解順序,并在正極表面選擇性形成魯棒保護(hù)。此外,調(diào)整表面電雙層的成分,可以防止醚氧化。
這種獨(dú)特的動(dòng)力學(xué)抑制方法不同于傳統(tǒng)的策略,如使用超高濃度電解液,或引入分子氟化以提高電解液的穩(wěn)定性,這大大增加了電池的成本。與傳統(tǒng)的鋰離子電池相比,ViPER開(kāi)發(fā)的LMB,有望將能量密度提高40%。
原標(biāo)題: 研究人員開(kāi)發(fā)可充電鋰金屬電池框架 有望將能量密度提高40%