新型水系鋰離子電池更安全、性價比更高
發布時間:2020-01-13 來源:蓋世汽車     分享到:

現在,大多數手機、筆記本電腦和電動汽車,采用鋰離子電池提供動力。隨著充電速度越來越快,性能要求越來越高,這些電池的價格也越來越貴,而且更加易燃。據外媒報道,美國倫斯勒理工學院(Rensselaer Polytechnic Institute)的工程師,采用水溶液電解質生產電池。比起傳統有機電解質,新電池更安全、性價比更高、性能良好。

在電池內部,正極和負極兩個電極浸在液體電解質中。電池充放電時,液體電解質就會傳導離子。水溶液電解質因不可燃性而備受關注。而且,在制造過程中,與非水電解質不同,水溶液電解質不易受水分影響,更方便操作,成本更低。對于這種材料來說,最大的挑戰在于如何保持性能。“如果你對水溶液施加太多電壓,它就會電解,分解成氫和氧。”倫斯勒的機械、航空航天和核工程講座教授Nikhil Koratkar表示,“通常情況下,這種材料的電壓窗口非常有限。”

在本項研究中,Koratkar及其團隊,使用一種特殊的水溶液電解質,即water-in-salt電解質,該電解質不易發生電解。同時,研究人員采用鋰錳氧化物做正極,用鈮鎢氧化物做負極。據Koratkar介紹,鈮鎢氧化物是一種復雜的氧化物,以前從未發現應用于水系電池中。“事實證明,氧化鈮鎢的單位體積儲能表現突出。從體積方面看,這是迄今為止表現最好的水系鋰離子電池。”

據介紹,氧化鈮鎢的重量和密度相對較大,所以,基于質量的儲能能力接近平均水平;由于鈮鎢顆粒在電極中致密堆積,基于體積的儲能能力相當高。這種材料的晶體結構,為鋰離子提供通道,使離子快速擴散,因此可以快速充電。

Koratkar表示,新電池充電速度快,而且單位體積儲電量大,這在水系電池中很罕見。對于新興應用來說,如便攜式電子設備、電動汽車和網格存儲,在有限的體積中盡可能多地存儲能量,這一點至關重要。


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