560 Wh/kg！新型锂电池能量密度创新记录 电动汽车有望受益
时间:2021-08-28 15:33来源:科创板日报 作者:综合报道
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为了让电动汽车更快地普及，就必须不断提高其续航时间，因此科学家们一直以来都在加紧研究可以储存更多能量且不会太重的电池。
近期，德国的一个团队展示了一种新的锂金属电池，其能量密度远远超过了普遍的500 wh /kg的基准，并且能够在数百次循环中依旧保持性能。这项研究成果已于近日发表在了《焦耳》（Joule）杂志上。
从电动汽车到智能手机，再到笔记本电脑，如今的锂离子电池在维持现代世界运转方面做得非常出色，但科学家们认为，通过对其结构的微调，还可以释放出很多潜力。更有希望的可能性之一是用纯锂金属替换电池电极中的石墨，这种材料可以容纳10倍的能量。
因此，金属锂被一些电池研究人员誉为“梦想材料”，很可能帮助我们突破能量存储的关键瓶颈，但稳定性问题迄今一直困扰着这项技术。这在很大程度上与携带锂离子的电解质溶液和电池的两个电极之间的不良反应有关。
在众多致力于解决这一问题的研究团队中，有一个来自德国卡尔斯鲁厄理工学院（Karlsruhe Institute of Technology，简称KIT）和乌尔姆亥姆霍兹学院（Helmholtz Institute Ulm，简称HIU）的团队，他们提出的设计在很大程度上回避了这一问题。
据了解，研究人员首先使用了一种很用前途的材料组合：贫钴、富镍的层状阴极（NCM88）和一种商业可用的有机电解质LP30。但当阴极达到高能量密度时，不稳定性很快就出现了，随着电池的循环，存储容量下降。
“在电解液LP30中，粒子会在阴极上裂开，”HIU主任Stefano Passerini教授解释说，“在这些裂缝中，电解液会发生反应，破坏结构。此外，阳极上还会形成一层厚厚的苔藓状锂层。”
因此，该团队将LP30电解质换成了另一种电解质，这种电解质极大地提高了性能。后者被描述为一种不挥发、极易燃的双阴离子离子液体电解质（ILE），这种成分被证明在很大程度上避免了阴极上的结构缺陷，并使电池免于致命的电化学反应。
研究人员指出，“在ILE的帮助下，富镍阴极上的不良反应可以显著减少。”
值得注意的是，这种结构的锂金属电池的能量密度为560 Wh/kg。为了给下一代电动汽车提供动力，科学家们都致力于突破500 Wh/kg的能量密度门槛，而目前最好的锂离子电池的能量密度也仅为250至300 Wh/kg。
另外，这种新型锂金属电池被证明非常有前景的另一个因素是它的库仑效率，这涉及锂离子在阳极和阴极之间转移的效率。为100个锂离子充电，放电后再回收100个锂离子，其库仑效率将达到100%，而商用电池至少需要99.9%的效率才可行。这种新型锂金属电池的发明者称其平均库仑效率为99.94%。
不过诚然，要将这些在实验室规模的电池上有希望的结果变成现实，还有很多工作要做，但一种提供如此高能量密度的稳定电池可能会改变电力运输的游戏规则。
例如，电动飞机受到当今电池能量密度的严重限制，因此只能飞行相对较短的距离。电动汽车的续航里程有限可以通过扩大充电基础设施来解决，但这种电池的高能量密度可以让它们行驶更远的距离，并在很大程度上缓解潜在买家所谓的续航里程焦虑。
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