中国科学家制造出强大的防寒锂电池
一种新型电解质的开发,使锂离子电池可以在零下80摄氏度的环境中工作;这项研发解决了电动汽车和航空电池在极端温度下运行和充电的问题。
中国科学家开发出一种新型电解质,可使锂离子电池在零下80摄氏度(零下112华氏度)的低温下充电和运行。
他们的研究还发现了一种以前未知的电池内部离子传输方式,这将为制造能够在极端条件下工作的高能电池铺平道路。
浙江大学教授范秀林是此次研发的主要科学家之一,他表示,这些电池可广泛应用于电动汽车、航空、海洋电子、铁路、极地探索和电信等领域。
锂离子电池在低温环境中的使用一直受到限制,因为"几乎不可能"制造出同时具有高能量密度、宽工作温度和快速充电的电池。
其中一个原因是,电解质(一种在电极间传输离子的电池组件)在实现所有这些方面的功能时,需要具备相互矛盾的特性。
不过,周三发表在同行评审期刊《自然》杂志上的一篇论文详细介绍了一种新型电解质,让一种新的耐寒电池可能成为现实。
浙江大学的研究人员与来自美国的合作者共同开发了一种由非常小的溶剂分子组成的电解质,它可以实现现有电解质设计"无法实现"的电池特性。
他们的研究结果表明,这种电解质能使锂离子电池在低至零下60度、高至零下80度的温度条件下保持高容量和稳定性,并能在低温条件下实现超快速充电。
范告诉中文新闻网站《科学时报》,在超低温条件下,电池"可在10分钟内充电至80%的电量"。
锂离子电池电解质通常由溶解在有机溶剂中的锂盐组成。电解质是电池离子导电性或离子传输的限制因素。
经过四年的研究,包括在宽温度范围内筛选不同的溶剂,研究小组开发出了一种使用氟乙腈溶剂的电解质。
研究小组使用软包锂离子电池或扁包电池芯进行测试,发现这种电解液能够在电池内实现一种以前未知的结构传输方式。
据《自然》杂志报道,电解质中的小溶剂分子在锂离子周围形成了两个鞘层,并为离子的传输创造了通道,这就是配体-通道传输。
论文称:"配体-通道促进传导机制为在极端条件下工作的高能电池铺平了道路”。
据《自然》杂志报道,与传统电解质相比,在零下70度的环境中,这种机制使他们的电解质的离子传导性提高了1万倍。
除了锂离子电池,研究小组还发现他们的电解质设计原理"对钠离子电池和钾离子电池也非常有效",范告诉《科学时报》。
《自然》杂志称,这项研究仍有局限性,因为可能还需要进一步的工作,以确保电解质能在传统电池设计中有效运行。
虽然目前的研究工作为他们的电解质设计原理的有效性提供了一个模型,但"我们相信这种电解质将来可以投入商业使用",范说,他指出,商业化的一个潜在限制因素是溶剂的成本。
维多利亚-贝拉《南华早报》3月2日
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