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

今天，只有2%的汽车是电气化的。不过，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是使用更安全、更可回收的材料，提高电池的能量密度。

(来源:休斯顿大学)

据国外媒体报道，休斯顿大学卡伦工程学院教授姚彦和休斯顿大学博士后张继波与莱斯大学的研究人员一起迎接这一挑战。研究团队已经证明，通过溶剂辅助工艺改变电极微结构，可以使有机基固态锂电池的能量密度提高一倍。

通常，电池的容量和电压是由正极决定的。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，钴基阴极几乎完全用于固态电池。最近，基于有机化合物的锂电池(OBEM-李)已经成为一种更丰富、更清洁和更容易回收的替代品。

研究人员表示:“我们正在开发一种低成本、无钴的有机固态电池阴极材料，这种材料将不再需要使用稀有的过渡金属。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，而不是基于过渡金属的阳极。这些有机材料生产能力丰富。”

钴基阳极可产生800 Wh/kg材料级比能量。然而，由有机材料制成的锂电池的能量密度是有限的。研究小组发现，这是因为锂电池的阳极微结构以前并不理想，只能使用低质量分数的活性材料，从而影响了总能量密度。

通过优化阴极的微观结构，可以改善阴极中的离子传输，从而提高OBEM锂电池的能量密度。为此，科学家们使用了由芘-4，5，9，10-四酮(PTO)制成的正极，并使用乙醇作为溶剂来改变其微观结构。张说:“钴基阴极通常非常受欢迎，因为它具有理想的微观结构。然而，在有机基固态电池中形成理想的微结构更具挑战性。”

在电极层面，溶剂辅助微结构的能量密度可以达到300 Wh/kg，因为活性物质的利用率显著提高。相比之下，干混微结构的能量密度略低于180 Wh/kg。虽然过去可以增加活性物质的数量，但利用率还是很低，只有接近50%。通过这项研究，利用率可以提高到98%，能量密度也提高了。

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，找到了解释电池为何能保持良好循环状态而不出现容量衰减的线索。”这项研究将对促进更可持续的电动汽车的发展起到重要作用。今天，只有2%的汽车是电气化的。不过，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是使用更安全、更可回收的材料，提高电池的能量密度。

(来源:休斯顿大学)

据国外媒体报道，休斯顿大学卡伦工程学院教授姚彦和休斯顿大学博士后张继波与莱斯大学的研究人员一起迎接这一挑战。研究团队已经证明，通过溶剂辅助工艺改变电极微结构，可以使有机基固态锂电池的能量密度提高一倍。

通常，电池的容量和电压是由正极决定的。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，钴基阴极几乎完全用于固态电池。最近，基于有机化合物的锂电池(OBEM-李)已经成为一种更丰富、更清洁和更容易回收的替代品。

研究人员……id:“我们正在开发一种低成本、无钴的有机固态电池阴极材料，这种材料将不再需要使用稀有的过渡金属。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，而不是基于过渡金属的阳极。这些有机材料生产能力丰富。”

钴基阳极可产生800 Wh/kg材料级比能量。然而，由有机材料制成的锂电池的能量密度是有限的。研究小组发现，这是因为锂电池的阳极微结构以前并不理想，只能使用低质量分数的活性材料，从而影响了总能量密度。

通过优化阴极的微观结构，可以改善阴极中的离子传输，从而提高OBEM锂电池的能量密度。为此，科学家们使用了由芘-4，5，9，10-四酮(PTO)制成的正极，并使用乙醇作为溶剂来改变其微观结构。张说:“钴基阴极通常非常受欢迎，因为它具有理想的微观结构。然而，在有机基固态电池中形成理想的微结构更具挑战性。”

在电极层面，溶剂辅助微结构的能量密度可以达到300 Wh/kg，因为活性物质的利用率显著提高。相比之下，干混微结构的能量密度略低于180 Wh/kg。虽然过去可以增加活性物质的数量，但利用率还是很低，只有接近50%。通过这项研究，利用率可以提高到98%，能量密度也提高了。

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，找到了解释电池为何能保持良好循环状态而不出现容量衰减的线索。”这项研究将对促进更可持续的电动汽车的发展起到重要作用。

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