據(jù)外媒報(bào)道,來自Skoltech大學(xué)、D. Mendeleev大學(xué)以及RAS化學(xué)物理問題研究所的俄羅斯研究人員合成了可用于鋰雙離子
電池的新聚合物陰極材料,并對(duì)其進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明,新陰極性能優(yōu)于鋰離子
電池,不僅可循環(huán)25,000個(gè)充電周期,并可在幾秒鐘內(nèi)完成充電,可用于生產(chǎn)價(jià)格較低的鉀雙離子電池。
由于許多設(shè)備大多采用自動(dòng)模式,因此全球電量消耗逐年遞增,對(duì)于能量存儲(chǔ)解決方案的需求也隨之增長。功率大、放電/充電率高以及單位質(zhì)量的存儲(chǔ)容量大,鋰離子電池成為電子產(chǎn)品、電力運(yùn)輸和全球電網(wǎng)的主要存儲(chǔ)設(shè)備。例如,澳大利亞就正在啟動(dòng)一系列大型鋰離子電池存儲(chǔ)項(xiàng)目,從而管理其豐富的太陽能和風(fēng)能。
如果鋰離子電池的產(chǎn)量持續(xù)增長,那么世界鋰資源儲(chǔ)量將會(huì)枯竭。例如,剛果為生產(chǎn)鋰電池開發(fā)了當(dāng)?shù)?0%的鈷,導(dǎo)致鈷的價(jià)格飆升。對(duì)于鋰資源而言,亦然。由于在開采鋰的過程中需要消耗大量的水資源,給生態(tài)環(huán)境也帶來了巨大挑戰(zhàn)。 因此,研究人員正在開發(fā)新的儲(chǔ)能設(shè)備,希望可使用容易開采且兼?zhèn)滗囯x子電池相同工作原理的金屬資源作為原材料
研究團(tuán)隊(duì)采用后鋰雙離子技術(shù),而該技術(shù)基于電解液陰離子和陽離子的電化學(xué)過程,與鋰離子電池相比,可大大提高充電速率。此外,其陰極原型采用聚合物芳香胺,該材料可由多種有機(jī)化合物合成。
Skoltech大學(xué)博士Filipp A. Obrezkov表示:“我們先前的研究重點(diǎn)是聚合物陰極,從而實(shí)現(xiàn)快充大容量電池在幾秒內(nèi)完成充電和放電,但我們并不滿足于此。我們還試驗(yàn)了多種替代物,如線性聚合物,它的每個(gè)單體單元僅與兩個(gè)相鄰單元鍵合。而在這項(xiàng)研究中,我們使用的是新型支化聚合物,其每個(gè)單元均與至少三個(gè)其他單元鍵合,形成較大的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),從而加快電極過程動(dòng)力學(xué)。通過使用這些材料制成的電極也展示出了更高的充電和放電速率。”
標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池的電解質(zhì)含有大量鋰原子,并通過隔板被分為正極和負(fù)極。在充電電池中,大多數(shù)鋰原子都結(jié)合在負(fù)極的晶體結(jié)構(gòu)中。隨著電池放電,鋰原子會(huì)通過隔板從負(fù)極移動(dòng)到正極。研究團(tuán)隊(duì)通過研究雙離子電池,發(fā)現(xiàn)電化學(xué)過程中的電解液的正離子(即鋰陽離子)和負(fù)離子可以分別進(jìn)出陽極和陰極結(jié)構(gòu)。值得注意的是,科學(xué)家們?cè)谥谱麾涬p離子電池實(shí)驗(yàn)時(shí),采用的是鉀電解質(zhì)而非昂貴的鋰電解質(zhì)。
該小組使用二苯胺(PDPAPZ)和吩噻嗪(PPTZPZ)合成兩種新型二氫吩嗪共聚物作為正極材料,并使用鋰金屬和鉀金屬作為負(fù)極。由于正極決定半電池原型的特點(diǎn),因此科學(xué)家們將其進(jìn)行組合,從而快速對(duì)新型陰極材料性能進(jìn)行評(píng)估。
盡管PPTZPZ半電池性能平平,但PDPAPZ表現(xiàn)良好。由PDPAPZ制成的鋰半電池充電和放電速度非常快,25,000個(gè)充電周期后,仍表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性且容量保持在三分之一。也就是說,通常情況下,如果普通手機(jī)電池保持穩(wěn)定,即使每天充電和放電,也可使用70年。PDPAPZ鉀半電池能量密度高達(dá)398 Wh / kg,而普通鋰電池即使將負(fù)極和電解質(zhì)的重量計(jì)入其中,其能量密度也僅為200-250 Wh / kg。因此,俄羅斯研究小組表明,聚合物正極材料完全可用于制造高效的鋰和鉀雙離子電池。
(責(zé)任編輯:子蕊)