MIT发现新电解质电池密度达420瓦时/公斤

时间：2021-04-01 10:49:37来源：盖世汽车

为了提升锂电池能量密度，可以用金属电极代替常规使用的石墨负极。但是，由于电液质和电极之间可能发生不必要的化学反应，这一做法受到阻碍。据外媒报道，麻省理工学院(MIT)等机构的研究人员发现了一种新电解质，不仅可以克服这些问题，而且能在不影响循环寿命的情况下，使下一代电池的单位重量功率大幅跃升。

研究人员表示，这一发现或使锂金属电池的能量密度增加至420瓦时/公斤，从而延长电池汽车的续航里程。目前，锂离子电池的能量密度约为260瓦时/公斤。

该电解质的基本原料成本较低(其中一种中间化合物由于使用受限比较昂贵)，而且制备过程简单，或将在较短时间内得到应用。化学教授Jeremiah Johnson表示，这种电解质并不是全新的。几年前，该研究小组的一些成员为其他应用开发了这种电解质。最近，研究人员发现，这种电解质有可能应用于锂金属电池。

研究人员开发了三种不同的基于磺胺的配方，能有效抵抗氧化和其他降解效应。目前，与这种电解质搭配使用的电极是含有部分钴和锰的氧化镍。在充放电过程中，电极材料会发生非均质膨胀和收缩，若与常规电解质一起使用，可能会发生开裂和性能衰退。但实验发现，使用这种新电解质，可以大大减少应力腐蚀导致的开裂降解。

问题在于合金中的金属原子倾向于溶解到液态电解质中，从而失去质量并导致金属破裂。使用新的电解质，可以有效避免这种现象。研究人员发现，这种电解质材料的形态更加坚固。在新电解质中，过渡金属“没有那么大的溶解度”。这种材料很容易让锂离子通过(电池充放电的基本机制)，同时阻止其他阳离子(即过渡金属)进入。与标准电解质相比，经过多次充放电循环，电极表面堆积的有害化合物，可减少至原来的十分之一以上。

机械工程和材料科学与工程学教授Shao-Horn表示：“这种电解质对高能富镍材料氧化具有化学抗性，可以防止颗粒破裂，并在循环过程中稳定正极。这种电解质还可以稳定可逆性剥离和电镀锂金属，这是实现可充电锂金属电池的重要一步，其能量是领先锂离子电池的两倍。这一发现将推动电解质研究，以及锂金属电池液体电解质的设计，使其可与固态电解质相媲美。”

研究人员将继续扩大生产规模，以降低成本。因为不需要重新设计整个电池系统，所以这种电解质可能很快得到应用，并在几年内实现商业化。Johnson表示：“我们使用现成的商业原料，并通过非常简单的反应进行制造。”但是，目前用于合成电解质的前体化合物价格昂贵，扩大产量将有助于降低价格。