新碳基有機分子替代鈷,讓鋰電池更環(huán)保

時間:2020-04-06 13:52來源:蓋世汽車 作者:Elisha
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(圖源:YORKU官網(wǎng))
 
     生產(chǎn)鋰電池要用到鋰和鈷等有毒重金屬,而開采和處理這些金屬,會對環(huán)境造成不良影響。因此,有機材料被視為頗具發(fā)展前景的替代品。據(jù)外媒報道,加拿大約克大學(York University)的研究人員發(fā)現(xiàn)一種新方法,可以使鋰電池更加環(huán)保,同時保持性能、穩(wěn)定性和存儲容量。
 
      Thomas Baumgartner教授及其團隊開發(fā)出一種新碳基有機分子,可以替代鋰離子電池正極中使用的鈷。這種新材料既能保持性能,又可以解決無機材料的缺陷。
 
      實驗用有機電極之前已經(jīng)存在,諸如用碳、氮、氧、磷和硫等元素制成的電極。但是,均在不同程度上存在這樣的問題:它們自身的氧化還原反應,會導致循環(huán)惡化,使其逐漸溶解到電解質(zhì)中,而且導電性低,終端電壓低。
 
      研究小組選擇一種名為紫羅堿(viologen)的化學物質(zhì),可以在不受損的情況下釋放電子,甚至可以用兩個電子達到同樣的效果,因此存儲容量更大。特別是,自定義電活性磷;鶚蚪幼狭_堿(PY2PV)的磷;糠,使其可以在較高的終端電壓下工作,而不會失去容納兩個電子的能力。用來降低電極電阻的單壁碳納米管(SWCNTs),也是電極的構成部分。
 
      這項研究的新穎之處在于,將芘合成到電活性磷;鶚蚪幼狭_堿分子中。芘與 SWCNTs的親和力很強,并通過物理吸附與之結合,形成PY2PV:SWCNT復合物。這種結合可以防止電活性磷酰基橋接紫羅堿溶解到電解液中,解決了上述常見有機電極問題。而且,這種結合可以形成緊密耦合,而不是簡單的混合,從而促進紫羅堿分子和SWCNTs 之間的固態(tài)電子轉(zhuǎn)移,同時不減少電子存儲容量。研究團隊證明,這種材料可以充放電500次,實現(xiàn)長期穩(wěn)定運行。
 
      Baumgartner表示:“由有機材料制成的電極,可以進行大規(guī)模生產(chǎn)、回收或處理,而且更加環(huán)保。我們的目標是制造出穩(wěn)定的可持續(xù)性電池,具有同樣甚至更好的容量。我們制造的這一類特殊分子,使電活性成分非常適合應用于電池,因為擅于儲存電荷,而且具有良好的長期穩(wěn)定性。我們對這種電活性成分進行優(yōu)化,并將其置于電池中。它能夠產(chǎn)生良好的電壓,高達3.5V,這正是目前鋰電池的工作電壓段。這是向制造全有機可持續(xù)電池邁進的重要一步。”
 
(責任編輯:子蕊)
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