据国外媒体报道，加州大学圣地亚哥分校的纳米工程师开发出了一种电池隔板，可以用作阴极和阳极之间的屏障，防止电池中的气态电解质蒸发。新隔膜可以防止电池内部压力积聚，从而避免电池膨胀爆炸。
领导这项研究的加州大学圣地亚哥分校雅各布工程学院纳米工程教授陈政说:“通过捕获气体分子，这种膜可以用作挥发性电解质的稳定剂。”
新型隔膜可以改善电池在超低温下的性能。使用这种隔膜的电池芯可以在零下40℃下运行，容量可高达500 mAh，而使用商用隔膜的电池在这种情况下容量几乎为零。研究人员表示，即使闲置两个月，电池单元容量仍然很高。这一特性表明该膜还能延长贮存期。这一发现将使研究人员进一步实现他们的目标，即生产出能够在极寒环境下为航天器、卫星和深海舰船等交通工具提供动力的电池。
(来源:加州大学圣地亚哥分校)
这项研究是基于加州大学圣地亚哥分校纳米工程教授应雪莉孟的研究。本研究首次采用一种特殊的液化气体电解液研制出在零下60℃下性能良好的电池。其中，液化气电解质是一种通过施加压力而液化的气体，比传统的液体电解质更耐低温。
然而，这种电解质的缺点是它容易从液体变成气体。陈说:“这个问题是这种电解液最大的安全问题。”为了使用这种电解液，需要增加压力，从而使液体分子凝结，使电解液保持液态。
为了解决这个问题，陈的实验室与孟和加州大学圣地亚哥分校的纳米工程教授Tod Pascal合作。通过将Pascal等计算专家的专业知识与陈和孟等研究人员的专业知识相结合，开发出了一种无需施加太大压力即可轻松液化汽化电解质的方法。其中，上述人员都隶属于加州大学圣地亚哥分校材料研究科学与工程中心(MRSEC)。
这种方法借鉴了一种物理现象，即气体分子被困在微小的纳米尺度空间时会自发凝聚。这种现象被称为毛细管冷凝，它可以在较低的压力下将气体变成液体。研究小组利用这一现象构造了一种电池隔板，可以稳定超低温电池中的电解液，一种由氟甲烷气体制成的液化气体电解液。研究人员使用一种称为金属有机框架(MOF)的多孔晶体材料来制造隔膜。MOF的特殊之处在于它充满了微小的孔隙，这些孔隙可以捕获氟甲烷气体分子，并在相对较低的压力下将其冷凝。例如，氟甲烷通常在零下30℃和118磅/平方英寸的压力下冷凝；然而，如果使用MOF，多孔在相同温度下的冷凝压力仅为11 psi。
陈说:“这种MOF大大降低了电解液工作所需的压力。因此，我们的电池可以在低温下提供大量容量，而不会退化。”研究人员测试了锂离子电池中基于MOF的隔膜。锂离子电池由碳氟化合物阴极和锂金属阳极组成，可以在70 psi的内压下填充氟甲烷气态电解质，这远远低于液化氟甲烷所需的压力。电池在零下40℃仍能保持其室温容量的57%。相比之下，在相同的温度和压力下，使用氟甲烷气体电解质的商用隔膜电池的容量几乎为零。
基于MOF膜的微孔是关键，因为这些微孔即使在减压的情况下也能保持更多的电解液在电池中流动。然而，商用膜具有大的孔，并且不能在减压下保留气态电解质分子。但是微孔并不是隔膜在这些条件下工作良好的唯一原因。研究人员设计的隔板还可以使孔隙从一端到另一端形成连续的路径，从而保证锂离子可以自由地流过隔板。在测试中，使用新型隔膜的电池在-40℃下的离子电导率是使用商用隔膜的电池的10倍。
陈的团队目前正在其他电解质上测试MOF基膜。陈说:“我们已经看到了类似的效果。通过使用这种MOF作为稳定剂，可以吸附各种电解质分子，从而提高电池的安全性，包括具有挥发性电解质的传统锂电池。”据国外媒体报道，加州大学圣地亚哥分校的纳米工程师开发出了一种电池隔板，可以用作阴极和阳极之间的屏障，防止电池中的气态电解质蒸发。新隔膜可以防止电池内部压力积聚，从而避免电池膨胀爆炸。
领导这项研究的加州大学圣地亚哥分校雅各布工程学院纳米工程教授陈政说:“通过捕获气体分子，这种膜可以用作挥发性电解质的稳定剂。”
新型隔膜可以改善电池在超低温下的性能。使用这种隔膜的电池芯可以在零下40℃下运行，容量可高达500 mAh，而使用商用隔膜的电池在这种情况下容量几乎为零。研究人员表示，即使闲置两个月，电池单元容量仍然很高。这一特性表明该膜还能延长贮存期。这一发现将使研究人员进一步实现他们的目标，即生产出能够在极寒环境下为航天器、卫星和深海舰船等交通工具提供动力的电池。
(来源:加州大学圣地亚哥分校)
这项研究是基于加州大学圣地亚哥分校纳米工程教授应雪莉孟的研究。本研究首次采用一种特殊的液化气体电解液研制出在零下60℃下性能良好的电池。其中，液化气电解质是一种通过施加压力而液化的气体，比传统的液体电解质更耐低温。
然而，这种电解质的缺点是它容易从液体变成气体。陈说:“这个问题是这种电解液最大的安全问题。”为了使用这种电解液，需要增加压力，从而使液体分子凝结，使电解液保持液态。
为了解决这个问题，陈的实验室与孟和加州大学圣地亚哥分校的纳米工程教授Tod Pascal合作。通过将Pascal等计算专家的专业知识与陈和孟等研究人员的专业知识相结合，开发出了一种无需施加太大压力即可轻松液化汽化电解质的方法。其中，上述人员都隶属于加州大学圣地亚哥分校材料研究科学与工程中心(MRSEC)。
这种方法借鉴了一种物理现象，即气体分子被困在微小的纳米尺度空间时会自发凝聚。这种现象被称为毛细管冷凝，它可以在较低的压力下将气体变成液体。研究茶……利用这一现象构造了一种电池隔板，可以稳定超低温电池中的电解液，一种由氟甲烷气体制成的液化气体电解液。研究人员使用一种称为金属有机框架(MOF)的多孔晶体材料来制造隔膜。MOF的特殊之处在于它充满了微小的孔隙，这些孔隙可以捕获氟甲烷气体分子，并在相对较低的压力下将其冷凝。例如，氟甲烷通常在零下30℃和118磅/平方英寸的压力下冷凝；然而，如果使用MOF，多孔在相同温度下的冷凝压力仅为11 psi。
陈说:“这种MOF大大降低了电解液工作所需的压力。因此，我们的电池可以在低温下提供大量容量，而不会退化。”研究人员测试了锂离子电池中基于MOF的隔膜。锂离子电池由碳氟化合物阴极和锂金属阳极组成，可以在70 psi的内压下填充氟甲烷气态电解质，这远远低于液化氟甲烷所需的压力。电池在零下40℃仍能保持其室温容量的57%。相比之下，在相同的温度和压力下，使用氟甲烷气体电解质的商用隔膜电池的容量几乎为零。
基于MOF膜的微孔是关键，因为这些微孔即使在减压的情况下也能保持更多的电解液在电池中流动。然而，商用膜具有大的孔，并且不能在减压下保留气态电解质分子。但是微孔并不是隔膜在这些条件下工作良好的唯一原因。研究人员设计的隔板还可以使孔隙从一端到另一端形成连续的路径，从而保证锂离子可以自由地流过隔板。在测试中，使用新型隔膜的电池在-40℃下的离子电导率是使用商用隔膜的电池的10倍。
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