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科学家研发新型锂电池,可在极端环境下工作

2022-07-06 10:21
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虽然电动汽车因污染程度低,不消耗石油等有限资源,是替代燃油车的最佳选择,也正在成为国内外大力推广的交通工具。但不可否认的是,电动汽车最大的弊端在于驾驶行程短、无法在高温低温环境下正常工作,而这主要原因都归于内置的动力电池。

近日,来自加州大学圣地亚哥分校(UCSD)的科研团队成功研发一种新型锂离子电池,可在严寒和高温环境下正常工作,表现良好,也能储存大量能量。与其他普通锂离子电池不同,该电池的最大特点是拥有全新开发的电解质。该电解质不仅能在极宽的温度范围内用途广泛,而且特点是坚固耐用,能够兼容高能阳极和阴极。

据研究人员表示,采用该种技术开发的车用电池,即使在高温低温气候下也能让电动汽车形式更远。甚至还可以减少对冷却系统的需求,以防止电动汽车的动力电池组在高温气候下过热。

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科研团队发现,有一种电解质可与锂离子形成较弱结合,可与促使锂离子在充电过程中分布更加均匀,该弱结合的电解质被整合到一个实验性的锂电池中,该电池有一个高密度的金属阳极和一个硫基阴极,能够在零度以下的温度下运行,同时保持其大部分容量。

科学家通过继续试验该电解质配方,已成功开发出新版本电解质,它可在光谱的另一端运行。新的电解质以锂盐和二丁醚为特征,二丁醚是一种沸点为141°C的化合物,使电解质能够在高温下保持液态。

在实验中,采用该新型电解质的锂电池能够在零下40℃时保持87.5%的容量,在50℃时保持115.9%的容量,甚至表现出98%以上的高库伦效率,这与它们在寿命结束前处理更多充电周期的能力有关。

科研团队负责人之一郑晨(Zheng Chen,音译)表示:“如果你需要在三位数(华氏)的高温条件下开车,那么对于汽车电池来说是一个重大挑战。在电动汽车中,电池组通常位于底盘,更靠近这些炎热的道路。此外,电池在运行过程中会因电流通过而升温。如果电池不能承受这种高温预热,它们的性能将迅速下降”

除此之外,该电解质优点之一是可以与锂硫电池兼容,锂硫电池是一种可充电电池,其阳极由锂金属制成,阴极由硫制成。由于具备更高的能量密度和耕地的成本,且储存的能量是锂离子电池的两倍,被称为是下一代电池技术的重要组成部分,它可以使使电动汽车的续航里程增加一倍,而不会增加电池组的重量。此外,与传统锂离子电池阴极中使用的钴相比,硫的来源更丰富且问题更少。

该项研究及具体细节已整理发表在知名杂志《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。

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