鋰電池在極低溫度下筑巢？科學家們想出了新的解決方案
為了探索更有前途的鋰電池，科學家們把重點放在了基于純鋰的金屬陽極方案上，而不是目前常用的混合材料上。同時，為了克服鋰電池在低溫下性能差的問題，這一領(lǐng)域的科學家們一直在"絞盡腦汁"，并取得了一些突破。
據(jù)報道，加州大學圣迭戈分校(UCSD)的團隊正在努力研發(fā)一種能在極低溫度下充電和放電的電池，而這種電池通常需要額外的加熱系統(tǒng)，但這一次他們專注于電解質(zhì)，依靠電解質(zhì)中的弱鍵，使鋰金屬電池能夠在寒冷的條件下釋放出前所未有的性能。
鋰電池在極低溫度下筑巢？科學家們想出了新的解決方案
據(jù)了解，純鋰金屬陽極比目前使用的石墨/銅混合陽極具有優(yōu)異的能量密度，因此被認為是一種非常有前途的技術(shù)。面對如此巨大的差異，一些電池研究人員甚至將鋰稱為"理想材料"，認為它是打破能量密度瓶頸的關(guān)鍵。
作為一種在循環(huán)過程中在電池兩極之間來回傳遞鋰離子的溶液，電池中電解質(zhì)的重要性是不言而喻的。UCSD團隊這次的目標是開發(fā)一種不冷凍的電解質(zhì)，以便鋰離子也能在寒冷的環(huán)境中移動。
具體來說，研究人員試驗了兩種電解質(zhì)，一種是與離子牢固結(jié)合的電解質(zhì)，另一種是弱得多的電解質(zhì)，以驗證哪種情況更適合低溫條件。
鋰電池在極低溫度下筑巢？科學家們想出了新的解決方案
結(jié)果表明，在-60℃(-76華氏度)時，用牢固結(jié)合的電解質(zhì)制成的實驗電池只能維持兩個周期，然后停止工作。
相反，使用弱結(jié)合電解質(zhì)的電池在50次循環(huán)后仍能平穩(wěn)運行，并保持76%的容量。如果將工作溫度改為-40°C(-40°F)，該方案甚至可以保持84%的容量。
這項研究的主要作者JohnHoloubek說，"我們發(fā)現(xiàn)鋰離子與電解質(zhì)的結(jié)合以及電解質(zhì)中離子的結(jié)構(gòu)與它們在低溫下的性能密切相關(guān)。
值得一提的是，對這種概念驗證電池的進一步研究也表明，弱束縛電解質(zhì)可以使離子在電池陽極上沉積得更加均勻，而強束縛電解質(zhì)則會導(dǎo)致塊體和針狀沉積(枝晶)。
這是科學家們研究鋰金屬電池的另一個焦點，鋰金屬電池會迅速導(dǎo)致嚴重的故障，如短路和故障。
研究人員說："在原子水平上理解鋰離子和電解質(zhì)之間的相互作用，不僅可以改善鋰電池的低溫性能，而且還有助于防止枝晶的形成。
在這些發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，研究小組建立了一種含硫陰極和弱結(jié)合電解質(zhì)的鋰金屬電池原型。據(jù)說，這類設(shè)備將在外層空間探索和深海探索等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
這項工作的意義實際上是雙重的，"研究人員說，并從科學角度提供了相反的觀點。
從技術(shù)上講，這是第一個在超低溫度下充電的鋰金屬電池，它還可以在攝氏-60度提供相當大的能量密度。這兩個方面都為低溫電池提供了一個完整的解決方案。
