香港利用护肤霜成分制电解质 制成不易燃且安全的水系锂离子电池

admin 2020年11月6日00:00:00京牌出租评论252阅读模式

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企信京牌 ,中国香港中文大学(The Chinese University of Hong Kong,CUHK)工程系的一个研究小组在水系锂离子电池中引入了一种新型电解质,进而在改善高能量电池方面取得了重要进展。此种电解质通常用于护肤霜,价格便宜、不易燃、毒性小、对环境友好,还能产生稳定电压,供日常使用。

(图片来源:香港中文大学)

手机、笔记本电脑,甚至等电子设备和电子产品在很多方面改善了我们的日常生活,而它们都使用了锂离子电池。由于锂离子电池可以充电且能稳定地输出能量,因而成为了此类产品的核心。尽管经过多年研究,锂离子电池仍需要依赖有毒且易燃的有机电解质来发电,其具有的严重安全隐患仍然没有得到解决,三星智能手机爆炸、波音飞机电池起火、电动汽车电池着火等新闻也不断出现,表明了锂离子电池的安全性还没有得到保证。

根据之前对水系锂离子电池的研究,该团队将“分子聚集”(molecular crowding)引入了新型水系电解质中,取代了将锂离子盐作为主要稳定剂的方法。

“分子聚集”是活体细胞中的常见现象,描述了当大分子(蛋白质、复合糖、多糖等)或小型亲水分子(代谢物、渗透物)达到一定浓度时,溶液分子的性质会发生实质性的改变。由于环境拥挤,水溶剂的活性会因为水的氢键结构的变化而降低。

该团队选择使用聚(乙二醇)或PEG,在电解质中复制“分子聚集”现象。PEG是一种可溶于水的聚合物,可以轻易地与水系电池结合,也是护肤霜和个人润滑用品的基础,甚至可用作牙膏和食品饮料中的消泡剂。

采用此种新型稳定剂,一个LiMn2O4阴极和一个Li4Ti5O12阳极,该团队成功将水系电解质的稳定窗口扩大至3.2V,并演示了此种新型电解质在300多次充放电循环中,能够让电池能量密度高达75至100Wh/kg,且可稳定工作;采用凝胶涂层,就可将电池的工作电压进一步提高至4.0V以上,水系锂离子电池中常见的副作用(氢/氧演化反应)几乎都被消除。研究人员还进行了可燃性试验,验证了该款新型电解质的防火性能,显著提高了锂离子电池的安全性。

研究人员表示:“此种电解质可以使用很多水系电解质无法使用的电极材料。更重要的是,这一研究发现为设计电压窗口更大、稳定性更高的水系电解质提供了新平台,可实现安全、低成本且环保的储能设备。”

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