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    廉價(jià)、高壓、無(wú)金屬鋰離子電池越來(lái)越接近現實(shí)

    技術(shù)前瞻  Technology prospect

    廉價(jià)、高壓、無(wú)金屬鋰離子電池越來(lái)越接近現實(shí)

    來(lái)源:
    中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì )
    發(fā)布時(shí)間:
    2022/06/30
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    研究人員發(fā)現一種有機分子,即番紅花酸,這種酸可以提高現在鋰離子電池的電壓范圍。

     

    研究人員通過(guò)使用具有高壓電勢的有機分子作為電池的陰極,在研發(fā)廉價(jià)且高能的鋰離子電池上取得了重大進(jìn)展。

     

    東北大學(xué)(Tohoku University)與加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校(University of California,Los Angeles)組成的聯(lián)合研究團隊制造了一種鋰電池,通過(guò)番紅花酸(croconic acid)作為陰極,代替了目前大多數鋰離子電池中的陰極,鋰離子電池通常由鋰和鈷、鐵、鎳和/或鋁等金屬組成。

     

    事實(shí)上,傳統的鋰離子電池依賴(lài)于鈷和鋰等稀有材料,這可能面臨難以獲取、不人道且成本昂貴。另一方面,有機電池利用天然豐富的元素,如碳、氫、氮和氧,這不僅使它們更環(huán)保,而且價(jià)格更低。

     

    研究人員表示,有機電池的另一優(yōu)勢是比傳統鋰離子電池具有更高的理論容量,因為使用的這些有機材料使電池重量更輕。

     

    研究人員表示,該團隊的突破為未來(lái)開(kāi)發(fā)無(wú)金屬、高能且廉價(jià)的鋰離子電池鋪平了道路,這些電池可以滿(mǎn)足下一代設備的能源需求。

     

    然而,到目前為止,有機電池的一個(gè)缺點(diǎn)是,大多數報告的電池是工作電壓相對較低,在1伏到3伏之間;因此,大幅度提高電壓一直是研究這些電池的科學(xué)家們的目標。

     

    高壓的潛力

    東北大學(xué)/加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)的研究團隊通過(guò)番紅花酸來(lái)實(shí)現這一目標,當番紅花酸用作鋰離子電池陰極材料,可以保持約4 V的強大工作電壓。該研究團隊由東北大學(xué)化學(xué)教授Itaru Honma與化學(xué)助力教授Hiroaki Kobayashi,和UCLA的研究生Yuto Katsuyama組成。

     

    Kobayashi在新聞稿中表示:“我們通過(guò)理論計算與電化學(xué)試驗研究了番紅花酸在3伏以上的高壓的電化學(xué)行為。我們發(fā)現番紅花酸儲存鋰離子的容量約為4 V,具有很高的理論能量密度,為1949 Wh/kg,比大多數無(wú)機和有機鋰離子電池都要大。”

     

    番紅花酸是一種五個(gè)碳原子以五角形相互連接的物質(zhì);每一個(gè)碳原子都與氧結合。該材料同樣具有638.6mAh/g的高理論容量,比傳統鋰離子電池陰極材料鈷酸鋰要高出很多,鈷酸鋰的容量?jì)H約為140mAh/g。

     

    該研究團隊在雜志《Advanced Science》上發(fā)表了相關(guān)論文。

     

    未來(lái)的發(fā)展

    研究人員在研究中未能達到番紅花酸的理論容量;然而,他們對此依舊持樂(lè )觀(guān)態(tài)度,他們認為最終可以通過(guò)在高壓下研發(fā)出穩定的電解質(zhì),并對番紅花酸進(jìn)行化學(xué)修飾來(lái)實(shí)現這一目標。

     

    研究人員表示,事實(shí)上,大多數電解質(zhì)在番紅花酸的強工作電壓下無(wú)法發(fā)揮作用,這使得新電解質(zhì)的開(kāi)發(fā)成為這些有機電池發(fā)展的關(guān)鍵下一步。

     

    他們說(shuō),該研究團隊計劃探索如何通過(guò)對有機小分子(如,番紅花酸)進(jìn)行適當的結構修飾來(lái)穩定分子,從而獲得更大的容量和可逆性。

     

    中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì ) 

    楊柳翻譯

    2022.6.24

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