韓發現可提高EV鋰電池能量密度的新方法


韓國研討人員近來發現,鋰電池的功能與二氧化碳的含量有較大相關。研討人員以為,電池中的Li2CO3依據鋰空氣電池中電解質的介電功能(dielectric properties),能夠選擇性地作為放電反響的終究產品。此外,他們還驗證了Li2CO3在鋰-氧氣/二氧化碳電池循環中能夠發作可逆反響。
據我國有色金屬網6月26日報導,相關論文已發表于《美國化學學會期刊》上。研討者以為,了解鋰空氣電池中CO2的化學特性以及二氧化碳在電解質溶解時起到的效果關于鋰空氣電池的開展有重要意義。別的,根據Li2CO3來探求可充電鋰-氧氣/二氧化碳電池的可能性有一個最大的長處最大極限地削減不良反響。
鋰空氣電池的最高理論能量密度約為3500瓦時/千克,是下一代電動車能量貯存系統的杰出動力源(600405),可使電動車完成更長的方式里程。鋰空氣電池的結構根據一對夾層電極(intercalation electrode)。在充電時,鋰離子從陰極移動至電解液然后插進陽極;放電時,該進程逆轉。
鋰空氣電池要達到商業化階段還面臨著許多科技與工程上的難題,包含關于電池反響機制的了解程度不行、電解質的化學功能不穩定、循環壽命短、離子傳遞速率低一級因素,均在很大程度上導致了電池過高載荷現象。
研討人員指出:“現在還不知道當鋰空氣電池在無氧環境下測驗時會發作何種狀況,由于曾經大部分研討都是在有氧環境下進行測驗的,并將空氣中其他成分關于電池功能的影響忽略不計。所以,證明二氧化碳關于鋰空氣電池的影響,就必須營造出一個溫室環境,并逐一研討空氣中其他成分(氮氣、氬氣、水、二氧化碳)關于電池功能的影響。”
假定經過防水膜能夠去除水份(導致電解質和陽極劣化的首要物質),二氧化碳關于鋰空氣電池的化學特性應該有著最明顯的影響,超越空氣中其他成份的影響力。傳統鋰空氣電池的陰極電壓為3伏,在周圍環境含有氬氣和氮氣時,3伏的電壓無法激活電化學反響,而二氧化碳由于其慵懶較強,則可承受呼應的電化學反響。
化學穩定性的差異意味著終究產品Li2O2總會經過二氧化碳被轉化成Li2CO3,而該不可逆反響約束了鋰空氣電池的循環功能。
別的,雖然二氧化碳在空氣中的份額不高,但由于二氧化碳具有高溶解度(比氧氣高50倍),因而將其應用于電池反響中。為了進一步開展鋰空氣電池技術,必須將二氧化碳與Li2CO3關于鋰空氣電池功能的影響考慮在內。
韓國高檔科學技術研討所(Korea Advanced Institute of Science and Technology)以及首爾國立大學(Seoul National University)研討小組研討了各種電解質條件下,使用量子力學模擬與實驗驗證相結合,研討鋰氧氣/二氧化碳電池的反響機理。
他們發現,一種低介電的電解質會構成Li2O2,而高介電解質會活化二氧化碳,發生Li2CO3。不過意外的收成是,他們發現相似二甲化硯(DMSO)之類的高電介質可使Li2CO3發生可逆反響。
研討者表示,這項發現非常重要,由于在含有二氧化碳的環境中,鋰空氣電池中Li2CO3的構成是不可避免的,但是現在發現了能夠促使其發作可逆反響的物質,可使電池的循環功能更穩定。