研究人員展示液化氣電解質(zhì) 助力開發(fā)防火、可回收的鋰金屬電池

隨著社會向電氣化時代轉(zhuǎn)型，人們必須不斷發(fā)展儲能技術(shù)，以適應(yīng)日益增長的需求。為了實現(xiàn)無排放未來，應(yīng)用廣泛的鋰離子電池需要在高能量密度、安全性、溫度彈性和環(huán)境可持續(xù)性方面做出巨大的改進(jìn)。

（圖片來源：芝加哥大學(xué)）

據(jù)外媒報道，由芝加哥大學(xué)普利茲克分子工程學(xué)院（Pritzker School of Molecular Engineering at University of Chicago）Y.Shirley Meng教授負(fù)責(zé)的工程師團(tuán)隊展示了液化氣電解質(zhì)可以同時提供這四種基本屬性。這項研究由Meng在加州大學(xué)圣地亞哥分校和芝加哥大學(xué)的實驗室共同進(jìn)行，開辟了一條可以大規(guī)模開發(fā)領(lǐng)先的、可持續(xù)、防火電池的途徑。

2017年，加州大學(xué)圣地亞哥分校（UC San Diego）的納米工程師團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了氫氟碳分子。這種分子在室溫下是氣體，在一定壓力下會液化。然后，該團(tuán)隊發(fā)明了一種新型電解質(zhì)，稱為“液化氣電解質(zhì)”（LGE）。

采用液化氣電解質(zhì)，大大拓寬了電解質(zhì)溶劑分子的選擇范圍。所篩選的氟代甲烷和二氟甲烷小分子具有熔點低、動力學(xué)快、電壓窗口寬的特點。在此基礎(chǔ)上與共溶劑相結(jié)合，這些液化氣電解質(zhì)表現(xiàn)出優(yōu)異的低溫性能（低于零下60°C）、鋰金屬庫侖效率（>99.8%）和高性能的高壓正極。然而，LGE電解質(zhì)仍存在一定缺陷。因為所用分子的飽和蒸汽壓很高，而且與大多數(shù)電解質(zhì)一樣易燃，導(dǎo)致系統(tǒng)存在安全和環(huán)保風(fēng)險。

研究人員想用最小的醚分子——二甲醚（Me2O），代替溶解能力強(qiáng)的液體共溶劑。加州大學(xué)圣地亞哥分校納米工程專業(yè)的博士生Yin表示：“作為一種氣體分子，Me2O只能用于液化氣。它只能在加壓系統(tǒng)下工作，可以提供更好的鋰金屬界面和穩(wěn)定性，同時保持快速動力學(xué)?！?/p>

加州大學(xué)圣地亞哥分校納米工程博士學(xué)生Yang希望，能夠進(jìn)一步完善該系統(tǒng)?！叭绻^續(xù)使用目前的FM和DFM弱溶劑，是無法改變高壓和易燃性缺陷的。與之相反，研究人員應(yīng)該致力于尋找增加了氟化碳鍵的分子。”

研究人員參考氟代甲烷的結(jié)構(gòu)來尋找碳鏈更長的氟化分子，同時保持液化氣的固有優(yōu)勢，如低熔點、低粘度，并保持一定的極性。考慮到上述所有要求，提出了1，1，1，2四氟乙烷（TFE）和五氟乙烷（PFE）。更令人驚訝的是，這兩種分子是一些滅火器的主要成分。不僅不易燃，而且具有優(yōu)良的滅火性能。

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