新电池电解质可以延长电动车辆的范围

由马克Shwartz

斯坦福大学的科学家发明了一种新的锂电解质，为下一代电池驱动的电动汽车铺平了道路。10博官网10bet bwin

在6月22日发表的一项研究中自然能源斯坦10bet bwin福大学的研究人员展十博网站怎么进入示了他们的新型电解质设计如何提高锂金属电池的性能。锂金属电池是一种为电动汽车、笔记本电脑和其他设备提供动力的前景广阔的技术。

左侧和新型斯坦福电解质的常规（透明）电解质10bet bwin
正确的。（图片信用：Zhiao Yu）

“大多数电动汽车在锂离子电池上运行，这迅速接近其对能量密度的理论限制，”研究共同作者Yi Cui，材料科学与工程教授和光子科学SLAC国家加速器实验室。“我们的研究专注于锂金属电池，该电池比锂离子电池轻，并且可能会每单位重量和体积提供更多的能量。”

锂离子与金属锂

从智能手机到电动汽车，锂离子电池都有两个电极，一个带正电的阴极含有锂，一个带负电的阳极通常由石墨制成。电解质溶液允许锂离子在电池使用和充电时在正极和负极之间来回穿梭。

一个锂金属电池每公斤可以储存两倍于今天的传统锂离子电池的电能。金属锂电池通过用金属锂取代石墨阳极来实现这一点，金属锂可以存储更多的能量。

“锂金属电池对于电动汽车非常有前途，其中重量和体积是一个很大的关注，”学习合作说鲍哲南，K.K.李教授工程学院。但在操作过程中，锂金属阳极与液体电解质发生反应。这就会导致锂微结构(称为枝晶)在阳极表面生长，从而导致电池着火和失效。”

十博网站怎么进入研究人员花了几十年的时间试图解决树突问题。

“电解质一直是锂金属电池的阿基尔的脚跟，”化学研究生Zhiao Yu联合领导作者说。“在我们的研究中，我们使用有机化学来合理设计，为这些电池创造新的稳定电解质。”

新电解液

对于学习，余和他的同事探索了它们是否可以用常见的市售液体电解质解决稳定性问题。

“我们假设，在电解质分子上添加氟原子可以使液体更稳定，”Yu说。氟是锂电池电解质中广泛使用的一种元素。我们利用它吸引电子的能力来创造一种新的分子，使锂金属阳极在电解质中很好地工作。”

结果是一种新的合成化合物，缩写为FDMB，很容易批量生产。

“电解质设计越来越异性，”宝说。“有些人已经表现出良好的承诺，但生产的很昂贵。诸暨提出的FDMB分子很容易大量，相当便宜。“

“令人难以置信的表现”

斯坦福队10bet bwin在锂金属电池中测试了新电解液。

结果是戏剧性的。在420个充电和放电后，实验电池在420个循环后保留了90％的初始电荷。在实验室中，典型的锂金属电池在约30个循环后停止工作。

博士候选人和主要作者Hansen Wang(左)和Zhiao Yu(右)正在测试
实验室中的实验细胞。（图片信用红霞王。）

研究人员十博网站怎么进入还测量了锂离子在充放电过程中在阳极和阴极之间转移的效率，这种特性被称为“库仑效率”。

“如果你收取1,000个锂离子，你卸货后有多少人回来？”崔说。“理想情况下，您可以为1000％的库仑效率而获得1,000人。在商业上可行，电池单元需要至少99.9％的库仑效率。在我们的研究中，我们在半细胞中获得99.52％，全细胞中99.98％;令人难以置信的表现。“

Anode-free电池

对于消费电子产品的潜在用途，斯坦福大学团队还在无阳极锂金属​​袋细胞中测试了FDMB电解质 -10bet bwin 市售电池，其中具有将锂供应到阳极的阴极。

“我们的想法是只在阴极侧使用锂来减轻重量，”材料科学与工程专业研究生、联合作者汉森·王(Hansen Wang)说。“无阳极电池循环使用100次后，其容量下降到80%——不如等价的锂离子电池循环使用500到1000次，但仍然是性能最好的无阳极电池之一。”

“这些结果显示了许多设备的承诺，”Bao补充道。“轻巧，无宽度的电池将是无人机和许多其他消费电子产品的有吸引力的特色。”

Battery500

美国能源部(DOE)正在资助一个名为十博网站怎么进入Battery500使锂金属电池变得可行，这将使汽车制造商能够制造更轻的电动汽车，可以在充电之间行驶更远的距离。这项研究得到了包括斯坦福大学和SLAC在内的联盟的部分资助。10bet bwin

通过改善阳极，电解质和其他部件，电池500旨在将锂金属电池可以递送的电量几乎三倍，当程序在2016年开始于每公斤到500瓦特/千克时，每公斤每公斤为每公斤约180瓦特小时。更高的能量 - 重量比或“特定能量”是解决潜在电动汽车买家经常拥有的焦虑的关键。

“我们实验室的无极电池达到了每公斤特定能量325瓦特小时，一个相当可观的数字，”崔说。“我们的下一步可能是与电池500的其他研究人员合作，制造接近联盟目标的电池，即每公斤500瓦时。”十博网站怎么进入

对常规碳酸盐岩电解液(左)和新型FDMB电解液(右)进行了可燃性测试
在斯坦10bet bwin福大学。传统的碳酸盐电解质在接触火焰后立即易燃，但
FDMB电解质能耐受直接火焰至少3秒。(信用Zhiao Yu)

除了更长的循环寿命和更好的稳定性，FDMB电解质也远低于传统电解质，正如研究人员在嵌入的证明十博网站怎么进入视频。

“我们的研究基本上提供了一种设计原则，即人们可以申请提出更好的电解质，”Bao补充道。“我们刚展示了一个例子，但还有很多其他可能性。”

斯坦福大学的10bet bwin其他合著者包括秦健，化学工程助理教授;博士后学者仙岗，京胜王，文晓黄，斯内什·奇德和Chibueze Amanchukwu;研究生威廉黄，玉器十博体育官网在线平台陶，大卫·麦克坦，余铮和萨曼莎鸿;和大学生玉米和埃默尔利。来自厦门大学的新昌王也是一个共同作者。Zhenan Bao和Yi Cui是Stanford的高级研究员10bet bwinPrecourt能源研究所。崔还是中国科学院的首席研究员10bet bwin斯坦福材料与能源科学研究院联合SLAC 10bet bwin/ Stanfor十博网站怎么进入d研究计划。

该工作也得到了电池材料研究计划在车辆技术办公室的电池研究计划。十博网站怎么进入共同作者中的两位国家科学基金会研究生研究奖学金计划和斯坦福德可持续能源的博士中心博士奖学金支持。十博网站怎么进入10bet bwin斯坦福国民的设施得到了国家科学基金会的支持10bet bwin。