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香港理工大学:“更弱”的溶剂化结构有望提高锂电池性能

现在,手机、电脑和汽车大多通过锂电池提供动力。据外媒报道,香港理工大学(Hong Kong Polytechnic University)新评论论文显示,通过进一步开发能够储存和释…

现在,手机、电脑和汽车大多通过锂电池提供动力。据外媒报道,香港理工大学(Hong Kong Polytechnic University)新评论论文显示,通过进一步开发能够储存和释放能量的电解质,有望提高锂电池性能。

香港理工大学:“更弱”的溶剂化结构有望提高锂电池性能

(图片来源:sciopen.com)

该团队于2023年9月18日在《能源材料与设备(Energy Materials and Devices)》期刊上发表其研究成果。香港理工大学应用物理系和智能能源研究所博士后Zhijie Wang表示:“锂电池彻底改变了现代生活。其性能(包括能量密度、寿命、安全性等)在很大程度上取决于电解质的配方和微观结构。”

锂电池主要由两个集流器、带负电荷的电极、带正电荷的电极、电解质和隔膜构成。带正电荷的锂离子通过电解质从正极通过隔膜到达负极,带负电荷的离子则从反方向传输。当锂离子穿过电解质时,阳极收集自由电子,从而在集流器处产生正电荷。该正电流放电为设备供电,流经电池并作为负电流返回电池。

电解质通常由极性溶剂中的锂盐溶液组成,或是利用其组成分子形状产生的微小电荷来溶解盐并释放锂离子的物质。在传统电解质中,锂离子与盐阴离子分离;而在近年开发的(局域化)高浓度电解质中,盐阴离子采用锂离子溶剂化,在提高电池性能方面具有独特的功能。

然而Wang表示,三年前首次提出用于此用途的弱溶剂化电解质,有望为实现更强大的电池开辟途径。在此类电解质中,锂离子与溶剂分子弱配位,并与带负电的盐阴离子配位。“这种结构可以在相对稀的盐浓度下获得,并且无需使用非溶剂化稀释剂。因此,不同于传统电解质和(局域化)高浓度电解质。该电解质可以提高锂电池的低温、快充、安全和循环性能,近年来引起研究人员的广泛关注。”

在这项研究中,研究人员遍阅近年关于弱溶剂化电解质的研究论文,由此得出的结论是该领域缺乏基本设计原理和未来的研究方向。Wang表示:“从现有文献中可以发现,构建弱溶剂化电解质关键是在锂离子与溶剂和阴离子的相互作用之间建立平衡。此外,研究人员还确定这种弱溶剂化电解质设计概念可以扩展到其他电池,例如由钠、钾、镁或锌制成的系统。”

研究人员建议,该领域未来的研究应集中在简化合成流程、提高产量和降低电解质成分的成本。Wang表示:“本项研究旨在促进对新兴弱溶剂化电解质的功能、设计原理和最新研究进展的认识,希望这些见解有助于开发具有强大性能的下一代锂电池,从而提高其在电源市场的份额,特别是电动汽车领域。”

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