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专家:锂金属电极瓶颈突破尚需十年光景,但值得期待

发布时间:2021-10-01 人气:

本文摘要:现今锂离子电池广泛以石墨代替锂金属当作电池阳极,但专家告诉,如果能用于锂金属,一个锂电池的比能将提升35%、能量密度提升50%。不过想到锂金属电池目前的研究状况与未来挑战,美国能源部ARPA-E计划负责人PaulAlbertus指出,这项技术想要取得突破最少还要10年光景。

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现今锂离子电池广泛以石墨代替锂金属当作电池阳极,但专家告诉,如果能用于锂金属,一个锂电池的比能将提升35%、能量密度提升50%。不过想到锂金属电池目前的研究状况与未来挑战,美国能源部ARPA-E计划负责人PaulAlbertus指出,这项技术想要取得突破最少还要10年光景。《gtm》报导,如果比能(specificenergy)提升35%、能量密度(energydensity)提升50%后,相等于电池的重量能量密度超过大约350~400Wh/Kg,体积能量密度大约1,000Wh/L。

目前,锂离子电池组的比能为重量能量密度大约150Wh/Kg,体积能量密度250Wh/L,而美国能源部对电动车的目标以定在235Wh/Kg、500Wh/L。树枝状结晶(dendrite)为一种再次发生在锂电池阳极的相当严重问题,也是造成锂电池发生爆炸发生爆炸、寿命延长的元凶,当电池大大循环充放电时,锂金属也大大反复分解、游离,过程中电极与电解质之间不会构成固态电解质界面(Solidelectrolyteinterface,SEI),如果SEI不平稳,就不会造成锂不均匀分布在阳极上,并开始构成树枝般的结构,一旦树枝伸延遇到对面的阴极之后构成短路。

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为了防止枝晶构成,商业化锂电池阳极才抛弃金属转用石墨,虽然大大降低了树枝状结晶构成,但电池效率也大打折扣。如果有天锂金属可以月在阳极站稳脚步,电池将能储存更加多能量,并步入一场历史性的根本性革命:电动车差使一次电可以驾驶员更加幸、电网有了强而有力的储电后援军,以便部署更加多风能和太阳能设施。

近年来,美国能源部ARPA-E项目启动了一项取名为IonICS的储能计划,为锂金属电极领域的早期研究获取补助金,明确用于过ARPA-E补助金的单位还包括24M、IonicMaterials、PolyPlusBatteryCompany、爱荷华州立大学等。隶属于美国能源部的西北太平洋国家实验室(PNNL),则于2015年首次寻找一种称作六氟磷酸铯(CsPF6)的电解质添加剂,可协助电池阳极(负极)构成保护膜以避免枝晶构成,提高电池性能,期望为电动车领域关上一条康庄大道。不过Albertus指出,锂金属电极融合液体材料的电解质研究,更加能使锂金属电池有朝一日沦为锂离子电池继任者,因为低于成本可以降至每千瓦时仅有100美元,且固态电解质的电池不易燃,操作者也更加安全性。这月初,中国科学家在美国化学学会的杂志上公布论文,他们以薄层不平面的液体电解质构建了无枝晶分解的锂金属电池,电解质面向阳极的一侧是刚性陶瓷材料,诱导锂阳极的枝晶生长;面向阴极的一侧则由软聚合物做成以超过较低电阻界面目标,利用这种不平面液体电解质的设,研究人员期望可在固态电池中取得低能量密度。

对锂金属电极展开研究的企业、政府实验室数量不在话下,但相比其他技术,如将矽用作锂离子电池的阳极,锂金属电极想要确实突破瓶颈有可能还必须10年,但专家坚信,一旦顺利,电池产业的革命之后指日可待。


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