研究人員在冰點(diǎn)以下溫度測(cè)試電池。

圖片來(lái)源：David Baillot/加州大學(xué)圣地亞哥分校

美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校工程師開(kāi)發(fā)了一種鋰離子電池，該電池在極寒和酷熱的溫度下表現(xiàn)良好，同時(shí)還能儲(chǔ)存大量電能。本周發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上的一篇論文描述了這種耐溫度變化的電池。

加州大學(xué)圣地亞哥分校雅各布斯工程學(xué)院納米工程教授、該研究的資深作者陳政說(shuō)，這種電池可讓寒冷氣候下的電動(dòng)汽車一次充電就能行駛更遠(yuǎn);還可減少對(duì)冷卻系統(tǒng)的需求，以防止車輛的電池組在炎熱氣候下過(guò)熱。

在測(cè)試中，概念驗(yàn)證電池在-40℃和50℃下分別保留了87.5%和115.9%的電能容量。在這些溫度下，它們還分別具有98.2%和98.7%的高庫(kù)侖效率，這意味著電池在停止工作之前可進(jìn)行更多的充電和放電循環(huán)。

研究人員此次開(kāi)發(fā)了一種更好的電解質(zhì)，這種電解質(zhì)既耐寒又耐熱，而且與高能陽(yáng)極和陰極兼容。電解質(zhì)由二丁醚與鋰鹽混合而成的溶液制成。二丁基醚的一個(gè)特點(diǎn)是其分子與鋰離子的結(jié)合較弱，當(dāng)電池運(yùn)行時(shí)，電解質(zhì)分子很容易釋放鋰離子。

這種電解質(zhì)的另一個(gè)特別之處在于它與鋰硫電池兼容。鋰硫電池是下一代電池技術(shù)的重要組成部分，因?yàn)樗鼈冇型麑?shí)現(xiàn)更高的能量密度和更低的成本。但鋰硫電池的陰極和陽(yáng)極都具有超強(qiáng)反應(yīng)性。在高溫下，鋰金屬陽(yáng)極容易形成稱為枝晶的針狀結(jié)構(gòu)，可刺穿電池的某些部分，導(dǎo)致電池短路。結(jié)果，鋰硫電池只能持續(xù)數(shù)十次循環(huán)。

二丁基醚電解質(zhì)可防止這些問(wèn)題，即使在高溫和低溫下也是如此。他們測(cè)試的電池比典型的鋰硫電池具有更長(zhǎng)的循環(huán)壽命。研究團(tuán)隊(duì)還通過(guò)將硫陰極接枝到聚合物上來(lái)設(shè)計(jì)更穩(wěn)定的硫陰極。這可以防止更多的硫溶解到電解液中。

團(tuán)隊(duì)表示，下一步研究工作將包括擴(kuò)大電池化學(xué)成分、優(yōu)化電池以使其在更高的溫度下工作以及進(jìn)一步延長(zhǎng)循環(huán)壽命。

【總編輯圈點(diǎn)】

這種新開(kāi)發(fā)的電解質(zhì)，可以說(shuō)從一定程度“解救”了經(jīng)典鋰硫電池。與傳統(tǒng)鋰離子電池陰極中使用的鈷相比，硫的來(lái)源更豐富且安全問(wèn)題更少，但一直以來(lái)，硫在充放電過(guò)程中體積的擴(kuò)大縮小非常大，有可能導(dǎo)致電池?fù)p壞。此次的新成果解決了循環(huán)壽命的問(wèn)題，而且這種新電池，每公斤存儲(chǔ)的能量是當(dāng)今鋰離子電池的兩倍——這可使電動(dòng)汽車的續(xù)航里程增加一倍，卻不會(huì)增加電池組的重量。

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