2021年6月8日
一种新技术可以大大提高锂离子电池的安全性，在超低温度下用气体电解质操作。
加州大学圣地亚哥的纳内工程开发了一个隔板 - 作为阳极和阴极之间的屏障的电池的一部分 - 使这些电池中的气体电解质保持蒸发。又可以帮助防止导致膨胀和爆炸内的电池内部压力的压力堆积。
“通过捕获气体分子，该隔膜可以用作稳定剂的稳定剂，”Zheng Chen表示，UC San Diego Jacobs工程学院的纳米工程教授，他领导了这项研究。
新分离器还促进了在超低温度下的电池性能。用新的隔板构建的电池单元，在-40℃下电容器高容量为500毫安，而用商业分离器建造的那些几乎没有容量。研究人员表示，电池单元仍然持续展出高容量，即使在未使用过的两个月后也会展出高容量 - 新分离器也可以延长保质期。
该团队于6月7日公布了他们的调查结果自然通信。
提前带来了研究人员更接近建造锂离子电池的步骤，这些电池可以在极端寒冷中动力车辆，例如航天器，卫星和深海船只。
这项工作在上一项研究中发表的研究欧洲杯线上买球由UC San Diego Nanoengineering教授Ying Shirley Meng的实验室，这是第一个报告在低至-60℃的温度下表现出良好的锂离子电池的开发。是什么让这些电池尤其是冷硬化是它们使用的特殊类型的电解质称为液化气电解质，是通过施加压力液化的气体。它比常规液体电解质冻结更耐腐蚀。
但是有一个缺点。液化气电解质具有高倾向于从液体到气体。“这是这些电解质的最大安全问题，”陈说。为了使用它们，必须施加大量压力以冷凝气体分子并保持电解质以液体形式。
为了打击这个问题，陈的实验室与孟和州圣地亚哥纳内工学教授Tod Pascal教授开发一种方法可以轻松地液化这些气体电解质，而无需施加如此大的压力。通过与陈和蒙等实验主义者相结合的计算专家的专业知识，是UC圣地亚哥材料研究科学与工程中心（MRSEC）等实验主义者，可以实现进展。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球
它们的方法利用了一种物理现象，其中天然气分子在陷阱内部的微小的纳米尺寸的空间时自然凝结。这种现象称为毛细血管缩合，使得气体能够以低得多的压力变为液体。
该团队利用这种现象来构建电池隔板，该分离器将稳定电解质在其超低温度电池中 - 由氟甲烷气体制成的液化气电解质。研究人员用多孔的晶体材料制成分离器，称为金属有机框架（MOF）。关于MOF的特别是它充满了微小的孔，能够捕获氟甲烷气体分子并在相对低的压力下冷凝它们。例如，荧光甲烷通常在-30℃的118psi的压力下冷凝;但是用MOF，它在同一温度下仅凝固11psi。
“此MOF显着降低了使电解质工作所需的压力，”陈说。“结果，我们的电池电池在低温下提供大量容量并显示出没有降级。”
研究人员在锂离子电池单元中测试了基于MOF的分离器 - 用碳氟阴极和锂金属阳极 - 在70psi的内部压力下填充氟甲烷气体电解质，其远低于液化所需的压力氟甲烷。该细胞在-40℃下保留57％的室温容量。相比之下，具有商业分离器的细胞几乎没有在相同温度和压力下与荧光甲烷气体电解质的容量。
基于MOF的分离器的微小孔是关键，因为即使在减压下也能在电池中流动的更多电解质。另一方面，商业分离器具有大的孔，不能在减压下保留气体电解质分子。
但微小的毛孔不是分隔符在这些条件下工作的唯一原因。研究人员设计了分离器，使孔形成从一端到另一端的连续路径。这确保了锂离子仍然可以通过隔板自由流动。在测试中，具有新分离器的电池单元在-40℃下具有10倍的离子电导率，而不是商业分离器。
陈的团队现在正在测试基于MOF的分离器在其他电解质上。“我们正在看到类似的效果。我们可以使用该MOF作为稳定剂吸附各种电解质分子，即使在传统的锂电池中也提高了安全性，这也具有挥发性电解质。”
来源：http://www.ucsd.edu.