新型水系锂离子电池更安全、性价比更高
2020-01-16 11:21:03 盖世汽车
  现在,大多数手机、笔记本电脑和电动汽车,采用锂离子电池提供动力。随着充电速度越来越快,性能要求越来越高,这些电池的价格也越来越贵,而且更加易燃。据外媒报道,美国伦斯勒理工学院(Rensselaer Polytechnic Institute)的工程师,采用水溶液电解质生产电池。比起传统有机电解质,新电池更安全、性价比更高、性能良好。
  在电池内部,正极和负极两个电极浸在液体电解质中。电池充放电时,液体电解质就会传导离子。水溶液电解质因不可燃性而备受关注。而且,在制造过程中,与非水电解质不同,水溶液电解质不易受水分影响,更方便操作,成本更低。对于这种材料来说,最大的挑战在于如何保持性能。“如果你对水溶液施加太多电压,它就会电解,分解成氢和氧。”伦斯勒的机械、航空航天和核工程讲座教授Nikhil Koratkar表示,“通常情况下,这种材料的电压窗口非常有限。”
  在本项研究中,Koratkar及其团队,使用一种特殊的水溶液电解质,即water-in-salt电解质,该电解质不易发生电解。同时,研究人员采用锂锰氧化物做正极,用铌钨氧化物做负极。据Koratkar介绍,铌钨氧化物是一种复杂的氧化物,以前从未发现应用于水系电池中。“事实证明,氧化铌钨的单位体积储能表现突出。从体积方面看,这是迄今为止表现最好的水系锂离子电池。”
  据介绍,氧化铌钨的重量和密度相对较大,所以,基于质量的储能能力接近平均水平;由于铌钨颗粒在电极中致密堆积,基于体积的储能能力相当高。这种材料的晶体结构,为锂离子提供通道,使离子快速扩散,因此可以快速充电。
  Koratkar表示,新电池充电速度快,而且单位体积储电量大,这在水系电池中很罕见。对于新兴应用来说,如便携式电子设备、电动汽车和网格存储,在有限的体积中尽可能多地存储能量,这一点至关重要。
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