研究人员开创新的电解质参数测量方法 让选择少走弯路

作者：WashingtonUniversityinSt.Louis

金属-空气电池由于其特殊的能量密度而成为锂离子电池的后继产品.它们可以使电动汽车充电一次便行驶一千英里或更多.

钾空气电池是碱金属空气电池家族中一个最有前途的新成员,它的理论能量密度是锂离子电池的三倍以上.设计钾空气电池的一个关键挑战是选择正确的电解质,这种液体有助于离子在阴极和阳极之间的转移.

通常,根据与几种电解质特性相关的经验法则,采用试错法选择电解质,然后对几种电解质候选进行详细(耗时)的测试,以确定是否达到所需的性能.

圣路易斯华盛顿大学的研究人员,由RomaB.和RaymondH.Wittcoff领导,麦凯维工程学院杰出的环境与能源教授,展示了如何使用一个简单易测量的参数来选择碱金属空气电池的电解质.

他们的研究成果发表在7月8日的《国家科学院学报》上.

Ramani的团队研究了电解质中盐和溶剂之间的基本相互作用,并展示了这些相互作用是如何影响电池的整体性能.他们开发了一种新的参数,即“电化学”Thiele模量,一种测量离子向电极表面传输和反应的容易程度的方法.

本研究首次用诺贝尔奖得主马库斯-休斯的电子转移理论研究了电解质组成对离子在电解质中运动及其在电极表面反应的影响.

随着溶剂重组能的增加,Thiele模量呈指数下降,这是一种改变溶解物质的溶剂化球所需能量的测量.因此,溶剂重组能可用于合理选择高性能金属空气电池的电解质.不再尝试错误.

“我们开始试图更好地了解电解质对金属-空气电池系统中氧还原反应的影响,”Ramani团队的研究科学家、该研究的主要作者ShrihariSankarasubramanian说.

“我们最终展示了离子在电解质中的扩散以及这些离子在电极表面的反应如何与打破溶解离子周围的溶剂化壳所需的能量相关.”

Ramani说:“展示了溶剂化能的单参数描述符如何与离子输运和表面反应动力学相关联是一个突破性的进展.这将使我们能够合理地开发新的高性能金属空气电池电解质.”