最近在美國(guó)開發(fā)的新型鋰電池能夠在嚴(yán)寒和酷熱的溫度下表現(xiàn)出色，同時(shí)仍能儲(chǔ)存大量能量。

和之前專注于陽(yáng)極，加州大學(xué)圣地亞哥分校的工程師們創(chuàng)造的設(shè)備能夠承受極端溫度，這要?dú)w功于電解質(zhì)由二丁醚和鋰鹽混合的液體溶液制成的。

在發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上，研究人員解釋說，二丁醚在零下溫度下提高了電池性能，因?yàn)樗姆肿雍弯囯x子的結(jié)合很弱。換句話說，當(dāng)電池運(yùn)行時(shí)，電解質(zhì)分子很容易釋放鋰離子。此外，二丁醚很容易吸收熱量，因?yàn)樗诟邷叵卤３忠簯B(tài)，沸點(diǎn)為141攝氏度。

在測(cè)試中，概念驗(yàn)證電池在-40和50攝氏度下分別保留了87.5%和115.9%的能量容量。在這些溫度下，它們還分別具有98.2%和98.7%的高庫(kù)侖效率，這意味著電池在停止工作之前可以進(jìn)行更多的充電和放電循環(huán)。

下一代電池必不可少

該研究的資深作者鄭晨表示，這種電解液的另一個(gè)特別之處在于它和鋰硫電池兼容，鋰硫電池是一種可充電電池，陽(yáng)極由鋰金屬制成，陰極由硫制成.

陳解釋說，鋰硫電池是下一代電池技術(shù)的重要組成部分，因?yàn)樗鼈兂兄Z更高的能量密度和更低的成本。它們每公斤存儲(chǔ)的能量是當(dāng)今鋰電池的兩倍這可以使電動(dòng)汽車的續(xù)航里程新增一倍，而不會(huì)新增電池組的重量。此外，和傳統(tǒng)鋰電池陰極中使用的鈷相比，硫的來源更豐富且問題更少。

然而，鋰硫電池也存在問題。陰極和陽(yáng)極都具有超強(qiáng)反應(yīng)性。硫正極非常活潑，以至于它們?cè)陔姵剡\(yùn)行期間會(huì)溶解。這個(gè)問題在高溫下會(huì)變得更糟。鋰金屬負(fù)極容易形成枝晶，可以刺穿電池的某些部分，導(dǎo)致電池短路。因此，鋰硫電池最多只能使用十次循環(huán)。

假如你想要一個(gè)能量密度高的電池，你通常要使用非常苛刻、復(fù)雜的化學(xué)物質(zhì)，陳說。高能量意味著更多的反應(yīng)正在發(fā)生，這意味著穩(wěn)定性更低，降解更多。制造穩(wěn)定的高能電池本身就是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)試圖在很寬的溫度范圍內(nèi)做到這一點(diǎn)更具挑戰(zhàn)性。

科學(xué)家們指出，二丁基醚電解質(zhì)可以防止這些問題，即使在高溫和低溫下也是如此。事實(shí)上，陳和他的團(tuán)隊(duì)測(cè)試的電池比典型的鋰硫電池具有更長(zhǎng)的循環(huán)壽命。

我們的電解質(zhì)有助于改善陰極側(cè)和陽(yáng)極側(cè)，同時(shí)供應(yīng)高導(dǎo)電性和界面穩(wěn)定性，他說。

該團(tuán)隊(duì)還通過將硫陰極接枝到聚合物上來設(shè)計(jì)更穩(wěn)定的硫陰極。這可以防止更多的硫溶解到電解液中。

鑒于他們已經(jīng)獲得了積極的結(jié)果，陳和他的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在希望擴(kuò)大電池化學(xué)成分，優(yōu)化它以在更高的溫度下工作并進(jìn)一步延長(zhǎng)循環(huán)壽命。