斯坦福大学的科学家们发明了一种新的锂基电解质，为下一代电池驱动的电动汽车铺平了道路。
在6月22日发表的一项研究中自然能源斯坦福大学的研究人员展示了他们的新型电解质设计如何提高锂金属电池的性能，锂金属电池是一种很有前景的为电动汽车、笔记本电脑和其他设备提供动力的技术。
“大多数电动汽车使用的是锂离子电池，这种电池的能量密度正迅速接近其理论极限，”该学习协会易崔，材料科学与工程教授和SLAC国家加速器实验室的光子科学。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球“我们的研究重点是锂金属电池，它比锂离子电池更轻，在单位重量和体积上可以提供更多的能量。”
在从智能手机到电动车的所有内容中使用的锂离子电池具有两个电极 - 含有锂的带正电荷的阴极和通常由石墨制成的带负电荷的阳极。电解液溶液允许锂离子在使用电池时且电池在电池充电时在阳极和阴极之间来回穿梭。
锂金属电池可以容纳每公斤电力大约两倍的电力，因为当今的常规锂离子电池。锂金属电池通过用锂金属替换石墨阳极来实现这一点，这可以存储更大的能量。
“锂金属电池对于电动车辆非常有前途，其中重量和体积是一个大问题，“学习合人的Zhenan Bao，K.K. Lee教授在工程学院。“但在操作过程中，锂金属阳极与液体电解质发生反应。这就会导致锂微结构的生长，也就是阳极表面的树突，这会导致电池着火并失效。”
研究人员花了几十年时间试图解决树突问题。
“电解质一直是锂金属电池的阿基尔脚跟”联合领导作者Zhiao Yu，化学研究生。“在我们的研究中，我们使用有机化学来合理地设计和创造新的、稳定的电池电解质。”
对于学习，余和他的同事探索了它们是否可以用常见的市售液体电解质解决稳定性问题。
“我们假设将氟原子添加到电解质分子上会使液体更稳定，“余说。“氟是锂电池电解质中广泛使用的元素。我们利用它吸引电子以产生新分子的能力，该分子允许锂金属阳极在电解质中井起作用。”
结果是一种新的合成化合物，缩写的FDMB，可以很容易地批量生产。
“电解质设计越来越异性，”宝说。“有些已经显示出良好的前景，但生产成本非常昂贵。Zhiao提出的FDMB分子很容易大量制造，而且非常便宜。”
斯坦福队在锂金属电池中测试了新电解液。
结果是戏剧性的。在420个充电和放电后，实验电池在420个循环后保留了90％的初始电荷。在实验室中，典型的锂金属电池在约30个循环后停止工作。
研究人员还测量了在充电和放电期间在阳极和阴极之间转移锂离子的锂离子，其特征称为“库仑效率”。
“如果你给1000个锂离子充电，在你放电后你会得到多少?”崔说。“理想情况下，你想要1000的库仑效率为100%。要在商业上可行，电池需要至少99.9%的库仑效率。在我们的研究中，我们在一半的细胞中获得了99.52%在完整的细胞中获得了99.98%;令人难以置信的表现。”
对于消费电子产品的潜在用途，斯坦福大学团队还在无阳极锂金属袋细胞中测试了FDMB电解质 - 市售电池，其中具有将锂供应到阳极的阴极。
“这个想法是仅在阴极侧使用锂以减轻体重，”研究报告的共同作者、材料科学与工程专业的研究生汉森·王说。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球“无阳极电池在其容量下降到80%之前运行了100次，不如同等的锂离子电池，后者可以运行500到1000次，但仍然是性能最好的无阳极电池之一。”
“这些结果显示了广泛的设备，“宝补充了。“轻质无阳极电池将成为无人机和许多其他消费电子产品的一个有吸引力的特点。”
美国能源部（DOE）正在资助一个叫做电池500的大型研究联盟，使锂金属电池可行，这将允许汽车制造商建立较轻的电动汽车，可以在收费之间推动更长的距离。本研究部分受到联盟的补助金，包括斯坦福和斯拉克。
通过改善阳极，电解质和其他部件，电池500旨在将锂金属电池可以递送的电量几乎三倍，当程序在2016年开始于每公斤到500瓦特/千克时，每公斤每公斤为每公斤约180瓦特小时。更高的能量 - 重量比或“特定能量”是解决潜在电动汽车买家经常拥有的焦虑的关键。
“我们实验室的无阳极电池达到了每千克比能325瓦特时，这是一个相当可观的数字，”崔说。“我们的下一步可以与电池500中的其他研究人员合作，以建立接近联盟目标每公斤500瓦特数的细胞。”
除了更长的循环寿命和更好的稳定性，FDMB电解质也远低于传统电解质易燃。
“我们的研究基本上提供了一个设计原则，人们可以应用它来获得更好的电解质，”宝补充了。“我们只是展示了一个例子，但还有很多其他可能性。”
其他斯坦福大学的合著者包括化学工程助理教授秦健;博士后学者孔贤、王克成、黄文晓、Snehashis Choudhury和Chibueze Amanchukwu;研究生William Huang, Yuchi Tsao, David Mackanic, Yu Zheng和Samantha Hung;本科生马玉婷和埃德尔·洛美利来自厦门大学的王新昌(Xinchang Wang)也是作者之一。鲍哲南和崔毅是斯坦福大学Precourt能源研究所的高级研究员。崔也是斯坦福材料与能源科学研究所的首席研究员，该研究所是斯坦福大学与斯坦福大学的联合研究项目。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球
该工作也得到了电池材料研究计划在车辆技术办公室的电池研究计划。欧洲杯足球竞彩斯坦福国民的设施得到了国家科学基金会的支持。欧洲杯线上买球
