香港理工大學：“更弱”的溶劑化結構有望提高鋰電池性能

2023-10-17 09:37:08來源：蓋世汽車關鍵詞：鋰電池智能能源閱讀量：22545

導讀：鋰電池主要由兩個集流器、帶負電荷的電極、帶正電荷的電極、電解質和隔膜構成。帶正電荷的鋰離子通過電解質從正極通過隔膜到達負極，帶負電荷的離子則從反方向傳輸。

　　現在，手機、電腦和汽車大多通過鋰電池提供動力。據外媒報道，香港理工大學(Hong Kong Polytechnic University)新評論論文顯示，通過進一步開發能夠儲存和釋放能量的電解質，有望提高鋰電池性能。

　　該團隊于2023年9月18日在《能源材料與設備(Energy Materials and Devices)》期刊上發表其研究成果。香港理工大學應用物理系和智能能源研究所博士后Zhijie Wang表示：“鋰電池徹底改變了現代生活。其性能(包括能量密度、壽命、安全性等)在很大程度上取決于電解質的配方和微觀結構。”

　　鋰電池主要由兩個集流器、帶負電荷的電極、帶正電荷的電極、電解質和隔膜構成。帶正電荷的鋰離子通過電解質從正極通過隔膜到達負極，帶負電荷的離子則從反方向傳輸。當鋰離子穿過電解質時，陽極收集自由電子，從而在集流器處產生正電荷。該正電流放電為設備供電，流經電池并作為負電流返回電池。

　　電解質通常由極性溶劑中的鋰鹽溶液組成，或是利用其組成分子形狀產生的微小電荷來溶解鹽并釋放鋰離子的物質。在傳統電解質中，鋰離子與鹽陰離子分離；而在近年開發的(局域化)高濃度電解質中，鹽陰離子采用鋰離子溶劑化，在提高電池性能方面具有獨特的功能。

　　然而Wang表示，三年前首次提出用于此用途的弱溶劑化電解質，有望為實現更強大的電池開辟途徑。在此類電解質中，鋰離子與溶劑分子弱配位，并與帶負電的鹽陰離子配位。“這種結構可以在相對稀的鹽濃度下獲得，并且無需使用非溶劑化稀釋劑。因此，不同于傳統電解質和(局域化)高濃度電解質。該電解質可以提高鋰電池的低溫、快充、安全和循環性能，近年來引起研究人員的廣泛關注。”

　　在這項研究中，研究人員遍閱近年關于弱溶劑化電解質的研究論文，由此得出的結論是該領域缺乏基本設計原理和未來的研究方向。Wang表示：“從現有文獻中可以發現，構建弱溶劑化電解質關鍵是在鋰離子與溶劑和陰離子的相互作用之間建立平衡。此外，研究人員還確定這種弱溶劑化電解質設計概念可以擴展到其他電池，例如由鈉、鉀、鎂或鋅制成的系統。”

　　研究人員建議，該領域未來的研究應集中在簡化合成流程、提高產量和降低電解質成分的成本。Wang表示：“本項研究旨在促進對新興弱溶劑化電解質的功能、設計原理和最新研究進展的認識，希望這些見解有助于開發具有強大性能的下一代鋰電池，從而提高其在電源市場的份額，特別是電動汽車領域。”

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