太好了:可逆化學將為更安全的電池鋪平道路!

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美國馬里蘭大學(UMD)和美國陸軍研究實驗室(ARL)研究人員在研製高能電池的道路上邁出了關鍵一步。他們通過對陰極進行新型化學轉化,改進了鹽中水電池的性能。早在2015年《科學》(Science)上發表的鹽包水電解質的發現基礎上,研究人員添加了一個新陰極。這種新型陰極材料缺乏過渡金屬,平均工作電位為4.2伏,具有良好的循環穩定性,並提供了前所未有的能量密度,可與非水鋰離子電池相比,甚至可能更高,新研究成果2019年5月9日發表在《自然》上。

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加拿大達爾豪斯大學的Jeffrey Dahn教授說:馬里蘭大學和陸軍研究實驗室的研究產生了我所見過最有創意的新電池化學,在至少10在年期間,然而,能否製造出壽命長的實用設備還有待觀察。利用石墨結構中的可逆鹵素插入,利用超濃縮的水電解質,該團隊產生了以前認為不可能的能量密度。研究人員發現,鹽水電池的超濃縮溶液,結合石墨陽極在電池內部自動構建和重新形成保護層的能力,使電池具有穩定、持久、高能量的特點。

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該論文的第一作者之一、UMD化學與生物分子工程系的助理科學家楊崇銀(音譯)說:這種新陰極化學恰好在我們之前開發的‘鹽中水’水電解質中運行得很理想,這使得它更加獨特——它將非水體系的高能量密度與水體系的高安全性結合起來。該論文的第一作者之一、化學與生物分子工程系的研究員陳冀(音譯)說:這種新型的‘轉化-插入’化學繼承了石墨插入反應的高能量和優異可逆性。由王春生教授領導的研究團隊,兼任化學系和生物化學系;康旭,ARL研究員;ARL的科學家Oleg Borodin已經把電池推進了一個可測試的階段:

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一個小按鈕的大小,通常用作研究實驗室的測試工具。還需要更多研究來將其擴展成一種實用、可製造的電池。本研究的水基電池能量輸出比普通基於可燃有機液體的手機電池的能量密度增加了25%,但是更加安全。這種新型陰極每克可以承受240毫安的電流,可以工作一小時,大約是目前手機和筆記本電腦中常見陰極電流的兩倍。含水鹽電池最終可用於千瓦或兆瓦級的大能量應用,或電池安全和毒性是主要關注的領域,包括飛機、海軍艦艇或宇宙飛船的非易燃電池。

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