研究人员开发有机基固态电池正极材料 可使能量密度翻番

现在只有2%的汽车实现了电气化。然而，预计到2030年，这一比例将增至30%。推动电动汽车商业化的关键在于使用更安全、更可回收的材料，同时提高电池的能量密度。

据外媒报道，休斯顿大学卡伦工程学院教授Yan Yao和休斯顿大学博士后Jibo Zhang，以及莱斯大学的研究人员正面临这一挑战。研究团队已经证明，通过溶剂辅助工艺改变电极微观结构可以使有机基固态锂电池的能量密度翻倍。通常情况下，电池的容量和电压由正极决定。由于使用了钴等稀有材料，正极已成为电池中最昂贵的部分。然而，由于其优异的性能，钴基正极几乎完全用于固态电池。最近，基于有机化合物的锂电池已经成为一种更丰富、更清洁、更容易回收的替代品。研究人员表示：“我们正在开发具有丰富地壳储量的低成本、无钴、有机基固态电池正极材料。这种电池将不再需要使用稀有过渡金属。在这项工作中，我们展示了制造高能量密度锂电池的可能性。我们使用从炼油厂或生物炼油厂获得的有机材料来取代过渡金属l基阴极材料。这些有机材料生产效率很高。“钴基正极可以产生800Wh/kg的材料级比能。然而，由有机材料制成的OBEM锂电池的能量密度有限。研究团队发现，这是因为OBEM锂蓄电池的正极微观结构以前并不理想，只能使用低质量分数的活性材料，从而影响总能量密集通过优化正极的微观结构，可以改善正极内的离子传输，从而提高OBEM锂电池的能量密度。科学家们使用了由4，5，9，10-四酮有机材料制成的正极，并使用乙醇作为溶剂来改变其微观结构。张说，“钴基正极通常非常受欢迎，因为它们具有非常理想的微观结构。然而，在有机基固态电池中，形成理想的微观组织更具挑战性。”在电极层面，由于活性材料的利用率显著提高，溶剂辅助微结构的能量密度可以达到300瓦时/千克。相反，干混合微观结构的能量密度略低于180Wh/kg。尽管过去可以增加活性物质的用量，但利用率仍然很低，只有接近50%。通过这项研究，它的利用率可以提高到98%，能量密度也相应增加。研究人员表示，“PTO可以氧化硫化物电解质。我们研究了正极-固体电解质界面的化学组成、空间分布和电化学可逆性，以找到线索来解释为什么电池可以在不降低容量的情况下保持良好的循环条件。”。“这项研究将在促进更可持续的电动汽车发展方面发挥重要作用。

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