对清洁能源的需求和气候变化的挑战,已经有越来越多的困苦与更高的容量和电池生产高级安全,这是重要的支持电网储能系统的持续增长和电动汽车。
图表显示了普通液体电解质锂离子电池(左)和单离子导电聚合物电解质研究小组(右)设计的。图片提供:香港大学
博士领导的一个研究小组Dong-Myeong Shin从机械工程学系香港大学(香港)为可行解通过开发新一代锂离子电池。阴离子的小组已经发现了一系列网络固体电解质,可以让新电池的一个重要组成部分,它是更安全、更长的寿命,更高的功率密度。
在化学工程杂志,结果已经出版。
先进能源存储技术,锂离子电池是最常用的电池。目前,商业碳质阳极和液体电解质电池技术的主要功能,与有限寿命的限制,安全问题,功率密度不足。
导电、锂阳离子和计数器阴离子在相反的方向移动液体电解质。一般来说,离子移动至少四倍比锂阳离子,因此锂离子运动加起来只有一小部分(20%)的完整的离子电流。过度的阴离子,另一方面,储存电解质与电极之间的界面,从而导致电池容量的衰减和内部短路。
液体电解质的不稳定的金属锂、易燃性和低离子选择性传导激励研究对固体电解质。他们是兼容锂金属阳极和可以提供适当的安全水平,表现出最高的理论具体的功率容量。
在阳离子运输,单离子导电聚合物电解质由Shin博士领导的研究小组发现了一个显著的增加(至少4倍)。硼酸阴离子聚合物网络开发的团队包含阴离子架桥支乙二醇连接器的各种化学计量比,阴离子是拴在聚合物骨架,促进一个高度选择性阳离子运输。
内阳离子聚合物的导电性是由系统工程的节段流动,这有助于制定一个新类的综合设计规则高导电固体电解质。
离子选择性电解质预测的新设计规则,使加快充电Li-metal电池的实现,因为单离子导电聚合物电解质有效地战胜的顽固问题现有的固体电解质电池,像高潜在和低cyclability。
我们认为,单离子导电聚合物电解质将打开新电池化学反应的可能性,这将彻底改变充电电池领域,并提供一个高水平的安全、高功率密度、长生命周期。
高,焊接研究第一作者,博士的学生,香港大学机械工程系
Shin博士说,由于潜在低,电池的电解质离子选择性也会导致快速充电。”它可以允许完全充电的电动汽车所需的时间喝一杯咖啡。这种非凡的优势将开启一个世界清洁能源的新时代,”他总结道。
期刊引用:
高,J。,等。(2023)工程网络的家庭无溶剂硼酸单离子导电网络聚合物电解质Li-metal电池应用。化学工程杂志》上。doi.org/10.1016/j.cej.2022.138407。
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