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新型锂硫电池可以在极端温度下稳定工作

新型锂硫电池可以在极端温度下稳定工作

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一种新型锂离子电池可以在-40°C的低温下工作,一直工作到50°C的高温。这种新型锂硫电池的阴极由硫制成,其能量也可能比当今的化学电池要多。


这种电池可以增加电动汽车在寒冷气候下的行驶里程。它们也可以用于卫星、航天器、高空无人机和潜艇。加州大学圣地亚哥分校纳米工程教授郑表示:“通过大幅扩大锂电池的操作窗口,我们可以为电动汽车以外的应用提供更强健、更有弹性的电池化学。”

今天的电池,其石墨阳极和锂金属氧化物阴极,不能很好地处理极端温度。高温加剧了电池内部已经高度化学活性的环境,导致副反应,分解电解液和其他电池材料,导致不可逆转的损坏。同时,低温会使液体电解质变稠,因此锂离子在其中移动缓慢,导致功率损失和充电缓慢。


绝缘电池或从内部加热电池的新方法有助于解决低温问题。研究人员此前也设计了电解液以扩大电池温度范围,但这可以提高电池在低温或高温下的性能,而不是同时提高两种温度。


陈和他的同事在《美国国家科学院院刊》上报道的新型极端温度电池的核心是一种新的电解质配方。他们将锂盐溶解在二丁基醚(DBW)溶剂中。陈说,与目前电池中使用的碳酸乙烯酯溶剂不同,DBE在零下100°C的温度下不会结冰。它也不容易蒸发。此外,DBE分子与锂离子的结合较弱,因此锂离子在其中移动更自由,即使在冰点温度下也是如此。


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这种新型电解液在锂硫电池中也能很好地工作。这些电池具有锂金属阳极和硫阴极,其能量密度至少是传统锂离子电池的两倍。此外,他们在阴极中使用低成本硫是一大优势。他们的性价比非常高。

但是锂硫电池通常只能持续40到50个充电周期。活性硫阴极在电池运行期间溶解,锂金属阳极倾向于形成称为树突的尖刺状生长物,可穿透电池分离器,导致短路。这些问题在高温下会变得更严重。


UCSD团队通过将硫连接到塑料基板来解决硫阴极降解问题。同时,这种新型电解液允许锂离子均匀传输,因此它们没有机会粘在一起形成树枝状晶。


该团队测试的原型袋式电池持续了200个循环,在-40°C时保留了其原始容量的87%以上。在50°C时,电池的容量增加了15%,因为温度越高,锂离子通过电解液和电极的电荷转移和扩散越大,因此,它进一步推动了电池容量和能量的极限。


容量的增加不一定是一件好事,因为它会使电池负担过重。为了解决这个问题,研究人员必须进一步改善电池的化学性质,使其能够承受更多的充电周期。他们还计划通过更多的细胞工程来提高能量密度。目前,它只比今天的锂离子电池略高,与锂硫在理论上的承诺相去甚远。陈说:“我们可以将能量密度至少提高50%,这是希望,也是承诺。”


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  • 楓葉晓寒 @回复Ta

    2022-07-17 00:03:59 

    但其实对于这些质疑声,陈乔恩也回应过,表示自己之所以近年来推了很多工作,但最大原因是因为自己的猫咪有癌症,同时家里还有一个生病的老人家。再加上疫情自己如果要出去工作,差不多要半年时间。但自己不想有遗憾,所以还是决定留在家照顾。各方面都可以

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