科学：半液体电池与锂离子电池和超级电容器相比具有竞争力

科学：半液体电池与锂离子电池和超级电容器相比具有竞争力！

（Phys.org）-由德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员开发的一种新的半液体电池，展现了令人鼓舞的早期结果，包含了最先进的储能设备所需的许多功能。特别地，新电池具有与锂离子电池类似的工作电压，功率密度与超级电容器的功率密度相当，并且即使在以非常高的速率充电和放电时也能保持其良好的性能，由YuihuaYu助理教授和UTAustin的YuDing和YuZhao领导的研究人员在最近一期NanoLetters上发表了关于新型无膜半流体电池的论文。研究人员解释说，电池被认为是“半流体”，因为它使用液态二茂铁电解质，液体阴极和固体锂阳极，我们工作的最大意义在于我们设计了一种基于新化学的半液体电池，”Yu告诉Phys.org。“电池具有出色的倍率性能，几乎可在一分钟内完全充电或放电，同时保持良好的能源效率和合理的能量密度，代表了一种具有高能量密度和功率密度的有希望的原型液体氧化还原电池，用于储能。

该电池专为电池技术的两大领域应用而设计：混合动力电动汽车和可再生能源的储能，如上图所示，电池的高功率密度（1400W/L）和良好的能量密度（40Wh/L）使其处于独特的有利位置，将功率密度与当前超级电容器的功率密度相结合。能量密度与最先进的氧化还原液流电池和铅酸电池相当，但略低于锂离子电池。这种组合对于电动车辆尤其具有吸引力，其中功率密度对应于最高速度和对于每次充电的车辆范围的能量密度，研究人员还在他们的论文中报告说，新电池具有高容量（137mAh/g）和500次循环的高容量保持率80％。

研究人员将电池的良好性能归功于其液体电极设计，该设计实现了高速率，这基本上可以衡量电池的运行速度。与固体电池相比，离子可以非常快速地移动通过液体电池，并且在该特定电池中，电子在电极之间转移的氧化还原反应也以非常高的速率发生。为了比较，用于测量这些速率（扩散系数和反应常数）的值在新电池中比在大多数传统液流电池中大几个数量级，尽管到目前为止电池看起来非常有前景，但研究人员指出，仍需要做更多的工作，尤其是锂阳极。

在长期稳定性和安全性方面，这种电池的潜在弱点是锂阳极，”Yu说。“需要更先进的锂阳极保护来完全抑制自放电。我们认为，只要电解质兼容性得到解决，其他金属如锌和镁也可以作为这种电池的阳极。我们还期望其他有机金属化合物具有多价态的金属中心（氧化还原中心）也可以起到阳极的作用，最终使电池充满液体，未来，研究人员计划在实际操作条件下测试电池的长期耐久性，尤其是锂阳极。此外，研究人员希望找到一种方法来提高二茂铁的溶解度，以进一步提高能量密度，以与现有的锂离子电池竞争，同时保持其非常高的功率密度。