新有机EV电池采用乙醇溶剂以提高能量密度

2021年06月21日 14:44 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒报道,虽然从表面上看,为电动汽车(EV)提供动力的锂电池在我们向可持续交通的转变中扮演着重要的角色,但它们本身也存在环境问题。利用有机材料替代稀有金属的电池被认为是解决这一困境的有希望的方法,来自休斯顿大学的科学家们领导的一项新研究展示了如何提高这些环保设备的性能。

随着对电子设备和汽车的需求持续增长,对依赖稀有金属的锂离子电池的依赖也在增长。这一困境的前沿和核心是钴,钴的开采不仅跟环境恶化和水源污染有关,而且还存在着剥削童工等道德问题。此外,这些金属的使用还使得电池在寿命结束时难以回收。

不过现在,大家正在看到一些令人兴奋的进展,在电池的发展中摆脱了这些类型的材料,而使用有机材料。其中包括可以在酸中分解并回收的有机电池,其更依赖于更便宜、更环保的镍,甚至还有IBM生产的一种使用海水中发现的材料的电池。

新设备将这种有机结构跟电池研究的另一个有前景的分支结合起来,该分支专注于使用固态电解质。典型的电池在液体电解质溶液中在两个电极(阴极和阳极)之间移动电荷,但科学家们正在研究使用固体电解质代替的替代设计。这种类型的结构也可以让电池跟锂金属阳极一起工作,其可以存储多达目前设备的10倍的能量。

研发这种新电池的科学家们已经解决了他们所说的有机固态锂电池的一个关键限制。钴基阴极为这些电池提供了很高的能量密度,而由有机材料制成的电池能量密度有限,研究小组发现这是由阴极内部的微观结构造成。

“钴基阴极通常受到青睐,因为其微观结构自然是理想的,但在有机基固态电池中形成理想的微观结构更具挑战性,”研究论文作者Jibo Zhang说道。

据悉,科学家们使用了一种叫做pyrene-4,5,9,10-tetraone(PTO)的有机材料做阴极、用乙醇作为溶剂以此来改变其微观结构。这种处理带来了一种新的安排,它可以更好地在阴极内传输离子并将其能量密度提高到302 Wh/kg--对此团队表示,这比目前最先进的有机阴极固态电池要高出83%。

“我们正在开发一种将被用于固态电池的低成本、地球丰富、无钴的有机阴极材料,其将不再需要矿山中稀有的过渡金属。这项研究在使用这种更可持续的替代能源提高电动汽车电池能量密度方面向前迈进了一步,”Yao说道。

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