目前，鋰離子電池是移動(dòng)電源最流行的解決方案。然而，在某些應(yīng)用中，它達(dá)到了極限。這尤其適用于電動(dòng)汽車，其中需要具有大范圍的輕巧緊湊的車輛。鋰金屬電池可能是另一種選擇。它們的特點(diǎn)是能量密度高，這意味著它們每質(zhì)量或體積存儲(chǔ)大量能量。盡管如此，穩(wěn)定性仍然是一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)殡姌O材料會(huì)與傳統(tǒng)的電解質(zhì)系統(tǒng)發(fā)生反應(yīng)。

追求高能量密度尤其是500Whkg-1以上的下一代鋰電池已成為全球研究熱點(diǎn)。然而，在高壓下陽(yáng)極或陰極與電解質(zhì)之間不穩(wěn)定的界面限制了能量密度的提升。

由于電解質(zhì)是陰極和陽(yáng)極的唯一共享組件，因此電解質(zhì)工程成為同時(shí)穩(wěn)定陰極和陽(yáng)極上的電極/電解質(zhì)界面的常見(jiàn)且簡(jiǎn)便的策略。

卡爾斯魯厄理工學(xué)院(KIT)和赫爾姆霍茨研究所烏爾姆電化學(xué)儲(chǔ)能(HIU)的研究人員現(xiàn)已找到了解決方案。正如Joule報(bào)道的那樣，他們使用了一種很有前途的新材料組合。貧鈷、富鎳的層狀陰極(NCM88)達(dá)到了高能量密度。使用通常應(yīng)用的市售有機(jī)電解質(zhì)(LP30)然而，穩(wěn)定性還有很多不足之處。存儲(chǔ)容量隨著循環(huán)次數(shù)的增加而降低。HIU主任兼電池組電化學(xué)負(fù)責(zé)人StefanoPasserini教授解釋了原因，在電解質(zhì)LP30中，粒子在陰極上開(kāi)裂。在這些裂縫內(nèi)，電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)并破壞結(jié)構(gòu)。此外，厚厚的苔蘚在陽(yáng)極上形成含鋰層。出于這個(gè)原因，科學(xué)家們使用了一種非揮發(fā)性、難燃性、雙陰離子離子液體電解質(zhì)(ILE)。在ILE的幫助下，可以顯著減少對(duì)富鎳陰極的結(jié)構(gòu)修改，HIU電池組電化學(xué)組的Guk-TaeKim博士說(shuō)。

1000次循環(huán)后容量為88%

結(jié)果：基于活性材料的總重量，帶有NCM88正極和ILE電解質(zhì)的鋰金屬電池達(dá)到了560瓦時(shí)/千克(Wh/kg)的能量密度。其初始存儲(chǔ)容量為每克正極材料214毫安時(shí)(mAhg-1)。1000次循環(huán)后，保留了88%的容量。平均庫(kù)侖效率，即放電容量與充電容量之比，為99.94%。

這種新穎的電解質(zhì)工程策略可能為未來(lái)高能鋰金屬電池固體犧牲添加劑的設(shè)計(jì)和使用研究鋪平道路。由于電池具有高安全性，研究人員朝著碳中和移動(dòng)邁出了重要一步。