钜大LARGE | 点击量：1318次 | 2021年12月14日
斯坦福研究发现电解液中添加氟 可使锂金属电池获得99.98％库伦效率
斯坦福大学的最新研究表明，锂金属电池有望获得新的应用，可以增加电动汽车的续驶里程。
当前的电动汽车，笔记本电脑和其他可充电设备由锂离子电池供电，锂离子电池通常使用石墨阳极，这种阳极笨重且昂贵，但直到现在仍是必需的电池组件。
锂金属电池提供了更轻巧的选择，因为它们用能够存储更多能量的锂金属代替了石墨，这对于电动汽车具有显着增加行驶里程或减轻电池重量的好处，因为在相同范围内需要的电池更少。
尽管锂金属电池可以存储的能量约为标准锂离子电池的两倍，但它们具有内在的稳定性问题，这意味着它们仅在30个循环后就无法保持充电，这意味着它们目前仅可用作不可充电的电池。
这项新的研究意义重大，因为它使用了一种新的电解质材料，该材料可以提高稳定性并因此可以延长循环时间，如果将其投放市场，则意味着可以将锂金属用作可充电电池。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
该研究的合著者，SLAC国家加速器实验室的材料科学与工程学教授和光子科学教授YiCui在一份声明中说：“大多数电动汽车都使用锂离子电池运行，这些锂离子电池正在迅速接近其能量密度的理论极限。”。
“我们的研究重点是锂金属电池，它比锂离子电池更轻，并且每单位重量和体积都可以提供更多的能量。”
在周一《自然能源》上发表的一项新研究中，斯坦福大学的研究人员描述了一种新颖的电解质设计，该电解质设计从根本上提高了锂金属材料的稳定性，有可能使其成为为电动汽车和其他设备供电的重要竞争者。
该研究的共同作者，工程学院KKLee教授鲍振安在一份声明中说：“锂金属电池对于电动汽车非常有前途，因为电动汽车的重量和体积是一个大问题。”
“但是在运行过程中，锂金属阳极会与液体电解质发生反应。这会导致锂微结构在阳极表面生长，这会导致电池着火并发生故障。”
左侧为常规（透明）电解质，右侧为新型斯坦福电解质。资料来源：斯坦福大学
为了解决这个已有数十年历史的枝晶问题，研究人员假设在电解液分子中添加氟原子以增加其在锂金属电池中的稳定性。
“电解质一直是锂金属电池的致命弱点，”化学研究的共同主要作者余志高说。
氟是锂电池电解液中广泛使用的元素。我们利用其吸引电子的能力创建了一个新分子，使锂金属阳极在电解质中发挥良好的作用。”
在半金属和全电池条件下，在锂金属电池中测试了注入氟橡胶的新型液体电解质分子FDMB。
结果是惊人的：不仅电池在实验室环境中循环了420次，而不是30次，其“库仑效率”（即您从储存的能量中获得了多少能量）非常高。研究人员说，它的可燃性也远低于传统的液体电解质。
斯坦福大学开发的常规碳酸盐电解质（左）和新型FDMB电解质（右）的可燃性测试。常规碳酸盐电解质在接触火焰后立即可燃，但FDMB电解质可耐受直接火焰至少三秒钟。
“如果您充电1,000个锂离子，放电后又能回收多少个锂离子？”崔说。
“理想情况下，您要在1,000的千分之一中获得100％的库仑效率。为了在商业上可行，电池单元需要至少99.9％的库仑效率。在我们的研究中，半电池和全电池电池的比率分别为99.52％和99.98％；令人难以置信的表现。”
为了正确地看待这个数字，特斯拉电池研究公司的杰夫·德恩（JeffDahn）在最近的一次采访中说，目前使用的锂离子电池（例如在电话中）已经占99.8％，并且可持续使用大约4-5年。持续20年的EV电池的库仑效率必须更接近99.95％。
Dahn说：“整体效率是衡量锂离子电池性能的一种指标。”“您希望库仑效率精确到1[100％]。”
“如果您希望电动汽车中的电池能够使用20年……在测试条件下，哥伦比效率必须更像是0.9995[99.95％]。”
斯坦福大学的团队还进行了实验，将FDMB电解质与无阳极的锂金属袋式电池一起使用-一种市售电池，完全消除了阳极，减少了锂的需求量，从而减轻了重量。
尽管该实验的结果在100个循环后仍显示出容量下降的趋势，但研究人员表示，这仍然是迄今为止无阳极技术的最佳例证之一。
材料科学与工程专业的研究生合著者汉森·王（HansenWang）说：“想法是仅在阴极侧使用锂来减轻重量。”
“无阳极电池在其容量下降到80％之前运行了100个循环-不及同等的锂离子电池，后者可以持续500至1,000个循环，但仍然是性能最好的无阳极电池之一。”
“这些结果表明了对多种设备的希望，”Bao说。“轻巧，无阳极的电池将成为无人机和许多其他消费电子产品的诱人特性。”
研究人员说，他们希望他们的活动能够导致与Battery500财团合作，Battery500财团是美国政府支持的机构，旨在使电池的每千克能量密度达到500瓦时。
从角度来看，当前的特斯拉电池（如该特斯拉“锂掺杂”电池专利说明中所述）每千克容量的功率为247瓦时。
研究人员称，使用FDMB电解液的无阳极电池已经达到每公斤325瓦时。
Cui说：“我们的下一步可能是与Battery500中的其他研究人员合作，构建接近该联盟的500千瓦时/千克目标的电池。”
“我们的研究基本上提供了一种设计原则，人们可以应用它来设计更好的电解质，”Bao补充说。“我们只是展示了一个例子，但还有许多其他可能性。”
