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廉价、高压、无金属锂离子电池越来越接近现实

放大字体  缩小字体 发布日期:2022-06-28
 
研究人员发现一种有机分子,即番红花酸,这种酸可以提高现在锂离子电池的电压范围。

研究人员通过使用具有高压电势的有机分子作为电池的阴极,在研发廉价且高能的锂离子电池上取得了重大进展。

东北大学(Tohoku University)与加利福尼亚大学洛杉矶分校(University of CaliforniaLos Angeles)组成的联合研究团队制造了一种锂电池,通过番红花酸(croconic acid)作为阴极,代替了目前大多数锂离子电池中的阴极,锂离子电池通常由锂和钴、铁、镍和/或铝等金属组成。

事实上,传统的锂离子电池依赖于钴和锂等稀有材料,这可能面临难以获取、不人道且成本昂贵。另一方面,有机电池利用天然丰富的元素,如碳、氢、氮和氧,这不仅使它们更环保,而且价格更低。

研究人员表示,有机电池的另一优势是比传统锂离子电池具有更高的理论容量,因为使用的这些有机材料使电池重量更轻。

研究人员表示,该团队的突破为未来开发无金属、高能廉价的锂离子电池铺平了道路,这些电池可以满足下一代设备的能源需求。

然而,到目前为止,有机电池的一个缺点是,大多数报告的电池是工作电压相对较低,在1伏到3伏之间;因此,大幅度提高电压一直是研究这些电池的科学家们的目标。

高压的潜力

东北大学/加利福尼亚大学洛杉矶分校(UCLA)的研究团队通过番红花酸来实现这一目标,当番红花酸用作锂离子电池阴极材料,可以保持约4 V的强大工作电压。该研究团队由东北大学化学教授Itaru Honma与化学助力教授Hiroaki Kobayashi,和UCLA的研究生Yuto Katsuyama组成。

Kobayashi在新闻稿中表示:“我们通过理论计算与电化学试验研究了番红花酸在3伏以上的高压的电化学行为。我们发现番红花酸储存锂离子的容量约为4 V,具有很高的理论能量密度,为1949 Wh/kg,比大多数无机和有机锂离子电池都要大。”

番红花酸是一种五个碳原子以五角形相互连接的物质;每一个碳原子都与氧结合。该材料同样具有638.6mAh/g的高理论容量,比传统锂离子电池阴极材料钴酸锂要高出很多,钴酸锂的容量仅约为140mAh/g

该研究团队在杂志《Advanced Science》上发表了相关论文。

未来的发展

研究人员在研究中未能达到番红花酸的理论容量;然而,他们对此依旧持乐观态度,他们认为最终可以通过在高压下研发出稳定的电解质,并对番红花酸进行化学修饰来实现这一目标。

研究人员表示,事实上,大多数电解质在番红花酸的强工作电压下无法发挥作用,这使得新电解质的开发成为这些有机电池发展的关键下一步。

他们说,该研究团队计划探索如何通过对有机小分子(如,番红花酸)进行适当的结构修饰来稳定分子,从而获得更大的容量和可逆性。

 

中国化学与物理电源行业协会 杨柳翻译

2022.6.24

 
关于我们:中国化学与物理电源行业协会(China Industrial Association of Power Sources,缩写:CIAPS) 是由电池行业企(事)业单位自愿组成的全国性、行业性、非营利性的社会组织。协会成立于1989年12月,现有530多家会员单位,下设碱性蓄电池与新型化学电源分会、酸性蓄电池分会、锂电池分会、太阳能光伏分会、干电池工作委员会、电源配件分会、移动电源分会、储能应用分会、动力电池应用分会和电池隔膜分会等十个分支机构。
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