目前，鋰離子電池是移動電源最流行的解決方案。然而，在某些應用中，它達到了極限。這尤其適用于電動汽車，其中需要具有大范圍的輕巧緊湊的車輛。鋰金屬電池可能是另一種選擇。它們的特點是能量密度高，這意味著它們每質(zhì)量或體積存儲大量能量。盡管如此，穩(wěn)定性仍然是一個問題，因為電極材料會與傳統(tǒng)的電解質(zhì)系統(tǒng)發(fā)生反應。

追求高能量密度尤其是500Whkg-1以上的下一代鋰電池已成為全球研究熱點。然而，在高壓下陽極或陰極與電解質(zhì)之間不穩(wěn)定的界面限制了能量密度的提升。

由于電解質(zhì)是陰極和陽極的唯一共享組件，因此電解質(zhì)工程成為同時穩(wěn)定陰極和陽極上的電極/電解質(zhì)界面的常見且簡便的策略。

卡爾斯魯厄理工學院(KIT)和赫爾姆霍茨研究所烏爾姆電化學儲能(HIU)的研究人員現(xiàn)已找到了解決方案。正如Joule報道的那樣，他們使用了一種很有前途的新材料組合。貧鈷、富鎳的層狀陰極(NCM88)達到了高能量密度。使用通常應用的市售有機電解質(zhì)(LP30)然而，穩(wěn)定性還有很多不足之處。存儲容量隨著循環(huán)次數(shù)的增加而降低。HIU主任兼電池組電化學負責人StefanoPasserini教授解釋了原因，在電解質(zhì)LP30中，粒子在陰極上開裂。在這些裂縫內(nèi)，電解質(zhì)發(fā)生反應并破壞結(jié)構(gòu)。此外，厚厚的苔蘚在陽極上形成含鋰層。出于這個原因，科學家們使用了一種非揮發(fā)性、難燃性、雙陰離子離子液體電解質(zhì)(ILE)。在ILE的幫助下，可以顯著減少對富鎳陰極的結(jié)構(gòu)修改，HIU電池組電化學組的Guk-TaeKim博士說。

1000次循環(huán)后容量為88%

結(jié)果：基于活性材料的總重量，帶有NCM88正極和ILE電解質(zhì)的鋰金屬電池達到了560瓦時/千克(Wh/kg)的能量密度。其初始存儲容量為每克正極材料214毫安時(mAhg-1)。1000次循環(huán)后，保留了88%的容量。平均庫侖效率，即放電容量與充電容量之比，為99.94%。

這種新穎的電解質(zhì)工程策略可能為未來高能鋰金屬電池固體犧牲添加劑的設計和使用研究鋪平道路。由于電池具有高安全性，研究人員朝著碳中和移動邁出了重要一步。