美国大学合作 利用不易燃电解质制成高效率电池

(图片来源:佛罗里达州立大学)据国外媒体报道，佛罗里达州立大学和康奈尔大学研究团队发现，电池可以由廉价安全的组件制成，与最先进的锂离子电池相比，这种电池的效率高出两到三倍。FAMU-FSU工程学院博士后研究所的A. Nijamudheen与康奈尔大学的博士生Snehashis Choudhury以及两所大学的其他教职员工一起，开始了一项调查，研究当前的电池设计存在哪些缺陷，以及如何改进。乔杜里说:“随着时间的推移，看到电池成本的增加并不奇怪。电池技术的广泛采用需要降低成本。”为了降低成本，研究人员解决了与电解质相关的几个具体问题，电解质是电池结构的关键部分，可以促进离子从一个电极移动到另一个电极。研究小组了解了电池电极上电解质降解的化学过程。研究人员不仅找到了电解质降解的机理，还找到了多种解决方案。Nijamudheen说:“我们发现控制在负电极上形成的界面(SEI)的离子特性是关键。”通过量子计算，研究人员发现电池退化的根源在于电解液中一种叫做二甘醇的成分聚合的方式。聚合是分子化学结合产生长链分子的过程，称为聚合物。就电池而言，电解液在与电池的正负极长时间接触后，往往会分裂，重新变成更大的分子。研究人员表示:“虽然降解过程本身是无害的，但降解产生的物质会阻止离子进入电池电极，这将降低电池随着时间的推移所能储存的能量。”然而，尽管降解过程中产生的一些聚合物可以阻止离子到达电极，但已证明其他聚合物可以有效延长电池寿命。在聚合计算之后，研究人员开始研究在聚合过程中不会影响电池性能的其他类型的电解质。一般来说，锂电池是由有机碳酸盐电解液制成的，但这种电解液具有高度易燃性，因此为了防止电池热失控和火灾风险，需要提供昂贵的冷却热调节部件。因此，研究人员测试了一种不易燃的稳定电解质——硝酸锂电解质。使用这种电解质，研究人员开始在固体电解质SEI膜上进行实验。SEI膜是电解液分解形成的保护层，通常在电池第一次循环时产生。研究人员通过使用牺牲盐或通过电解质引入的新分子，在电池中自然形成了新的SEI膜。此外，研究人员还引入了链转移剂(一系列分子)，与二甘醇相互作用，形成屏蔽层，保护带负电的电极不被降解。为了评估设计的有效性，研究小组对电池的使用能力进行了一系列实验，然后给电池充电。发现这种电池可以循环2000次左右，远高于传统锂离子电池的300-500次。

(图片来源:佛罗里达州立大学)据国外媒体报道，佛罗里达州立大学和康奈尔大学研究团队发现，电池可以由廉价安全的组件制成，与最先进的锂离子电池相比，这种电池的效率高出两到三倍。FAMU-FSU工程学院博士后研究所的A. Nijamudheen与康奈尔大学的博士生Snehashis Choudhury以及两所大学的其他教职员工一起，开始了一项调查，研究当前的电池设计存在哪些缺陷，以及如何改进。乔杜里说:“随着时间的推移，看到电池成本的增加并不奇怪。电池技术的广泛采用需要降低成本。”为了降低成本，研究人员解决了与电解质相关的几个具体问题，电解质是电池结构的关键部分，可以促进……的运动从一个电极到另一个电极。研究小组了解了电池电极上电解质降解的化学过程。研究人员不仅找到了电解质降解的机理，还找到了多种解决方案。Nijamudheen说:“我们发现控制在负电极上形成的界面(SEI)的离子特性是关键。”通过量子计算，研究人员发现电池退化的根源在于电解液中一种叫做二甘醇的成分聚合的方式。聚合是分子化学结合产生长链分子的过程，称为聚合物。就电池而言，电解液在与电池的正负极长时间接触后，往往会分裂，重新变成更大的分子。研究人员表示:“虽然降解过程本身是无害的，但降解产生的物质会阻止离子进入电池电极，这将降低电池随着时间的推移所能储存的能量。”然而，尽管降解过程中产生的一些聚合物可以阻止离子到达电极，但已证明其他聚合物可以有效延长电池寿命。在聚合计算之后，研究人员开始研究在聚合过程中不会影响电池性能的其他类型的电解质。一般来说，锂电池是由有机碳酸酯电解液制成的，但这种电解液是高度易燃的，所以为了防止电池热失控和火灾风险，需要提供昂贵的冷却热调节部件。因此，研究人员测试了一种不易燃的稳定电解质——硝酸锂电解质。使用这种电解质，研究人员开始在固体电解质SEI膜上进行实验。SEI膜是电解液分解形成的保护层，通常在电池第一次循环时产生。研究人员通过使用牺牲盐或通过电解质引入的新分子，在电池中自然形成了新的SEI膜。此外，研究人员还引入了链转移剂(一系列分子)，与二甘醇相互作用，形成屏蔽层，保护带负电的电极不被降解。为了评估设计的有效性，研究小组对电池的使用能力进行了一系列实验，然后给电池充电。发现这种电池可以循环2000次左右，远高于传统锂离子电池的300-500次。

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