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消费电子产品和电动汽车都主要使用锂离子电池

据外媒报道,如今,消费电子产品和电动汽车都主要使用锂离子电池,不过,科学家们也在寻找新的化学物质,以提升电池的能量密度和性能,使此种电池能够超越传统的锂离子电池。

其中一种电池为锂硫电池,与传统的石墨/金属氧化物锂离子电池相比,此种电池能量密度更高、成本更低。不过,此种电池内部发生的寄生反应会损害其性能,阻碍其高效循环。

现在,美国能源部阿贡国家实验室(U.S. Department of Energy's Argonne National Laboratory)的科学家们发现了一种电解质材料,可以降低此种寄生反应的频率,为研发更高效的锂硫电池铺平道路。

当给锂硫电池充电时,经常会发生一种无可避免的副反应 -锂多硫化物穿梭。当电池放电时,硫化锂会在阴极上转化为硫,但是有些尚未完全氧化的锂硫化合物会在阴极中溶解,进入到电池中分隔两个电极的液体区域 – 电解液中。

此时,锂硫化合物会在阳极上扩散并还原,在阴极上氧化。这个过程会一遍又一遍的重复,浪费电池的电量。

引发多硫化物穿梭的很大一部分原因是多硫化物很容易溶解在一种电解液中,此种电解液由二氧戊环(DOL)和二甲氧基乙烷(DME)化合物混合而成。研究人员表示:“我们需要同时解决两个问题 – 使其同时具备低溶解度和高导电性。”

据研究人员所说,在过去五年左右的研究中,研发出一种新型电解质材料可以解决上述两个问题。此种材料称为氢氟醚(HFE),具有较低溶解能力的同时,仍保持良好的导电性。研究人员表示:“锂达到阳极的第一步是要溶解在电解液中,就像水对于食盐来说是一种很好的溶剂,DME对于锂来说也是一种很好的溶剂。不过,有了HFE,就像将盐溶解于汽油中一样(很难溶解)。”

尽管在几年前,人们已经知道HFE拥有此特质,研究人员提出了一种方法,以预测此类分子的溶解行为和导电率。首先,他们根据化学结构,将HFE分成了三类。在测量电解液如何表现时,研究人员发现:溶解能力最低、多硫化物穿梭量最少的化学物质的导电率也较低。

研究人员表示:“这表明,目前还没有找到锂硫电池的灵丹妙药,我们还需要继续寻找能够改善现有化学物质的方法。”

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