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新能源汽车电池研究最新进展:新型锂-钠合金空气电池

钜大LARGE  |  点击量:365次  |  2018年11月27日  

摘要
鉴于目前新能源电动汽车并不良好的续航里程,人们期待大蓄电量和高输出功率的新的电池技术。但是目前的锂离子电池体系受限于其本身的比能量密度,蓄电量并不出色,不管怎样充分发展,都难以满足社会对储能增长的需求。

鉴于目前新能源电动汽车并不良好的续航里程,人们期待大蓄电量和高输出功率的新的电池技术。但是目前的锂离子电池体系受限于其本身的比能量密度,蓄电量并不出色,不管怎样充分发展,都难以满足社会对储能增长的需求。

金属空气电池,特别是可充电碱金属(主要是锂和钠两种)空气电池,由于他们特有的高能量密度(是锂离子电池的几倍甚至几十倍),也就是强大的蓄电量,一直以来备受关注,被当作未来新能源汽车的新一代电池。但是目前研制出可供新能源汽车使用的碱金属空气电池仍然存在很大的困难,主要原因是:在充电放电的过程中,锂和钠会发生大的体积变化,导致电池容量迅速下降;另外由于反应生成的氧化锂或者氧化钠在电解液中分布不均匀,导致在金属电极表面不可避免地形成枝晶(俗称树枝状晶体),导致电池断电,甚至起火爆炸;还有碱金属-锂或钠由于化学性质活泼,会与电解液发生电化学反应,导致金属电极被消耗,电池失效。

近日,来自中科院长春应化所,吉林大学,中国科学院大学,中国科技大学,北京航空航天大学等学校地联合科研小组提出并开发了一种新型的锂-钠合金空气电池。他们基于“碱金属原子半径越大,屏蔽效应越小”以及“锂和钠性质相近,具有相近的电解质相容性”的原理来设计这种锂-钠合金电池。利用DOL(1,3-二氧戊环)作为电池添加剂来控制碱金属在放电充电过程中的形成的枝晶,体积变化。用耐腐蚀的NaCF3SO3/四乙二醇二甲醚混合液作电解液,通过调节锂-钠的比例来调控电池的寿命。最终获得了能够进行137次循环的电池,这比单一的钠电极的寿命长的多。同时通过实验发现,当(钠-锂)摩尔比为6时,在电解液中的阻抗开始小于单独的金属Li(锂)。在对该锂-钠合金空气电池进行了循环性能研究和电化学研究的过程发现这种电池表现良好。具有广阔的应用价值。

这项工作证明了锂合金阳极和电解质添加剂(DOL)在稳定锂或钠电镀/剥离电化学中的关键作用,同时也得到了一种能抵抗形成枝晶,抗氧化,无裂缝的锂-钠合金。这种合金空气电池虽然才刚在实验室发展起来,但是它良好的电化学性能表明了它的广泛的应用价值。同时也为今后的开发双金属电池研究提供了一条新的思路。

相信在科学家们的努力下,新的电池体系将很快被建立起来,续航能力强,安全的,满足各种需要的电池也将会尽快地进入我们地生活为我们所用。而伴随着新一代电池体系的建立和应用,新能源汽车也将大大地普及并最终取代燃油车地位置。

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