當(dāng)談到替代電池結(jié)構(gòu)時，用高密度的鋰金屬代替?zhèn)鹘y(tǒng)石墨材料作為電極的設(shè)計被認(rèn)為十分有前景，但存在一些技術(shù)障礙。據(jù)報道，麻省理工學(xué)院的一個團(tuán)隊日前開發(fā)了一種新的電解質(zhì)解決方案，可以解決阻礙該技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵問題之一，為電動汽車和移動設(shè)備電池的未來鋪平了道路。

由于純鋰金屬陽極所可以提供更好的能量密度，鋰金屬電池的概念進(jìn)而也提高了移動設(shè)備和車輛在不增加重量的情況下攜帶更多電荷的前景。然而，在它們成為現(xiàn)實之前，科學(xué)家們的努力一直受阻于與分離電極的電解液發(fā)生的各種不必要化學(xué)反應(yīng)。

電解液是一種溶液，當(dāng)鋰離子充電時，它會在陽極和陰極之間來回攜帶鋰離子。更具體地說，金屬合金中的原子很容易溶解在電解質(zhì)溶液中，隨著電池的循環(huán)，電極會脫落，最終開始開裂和降解。

現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院的科學(xué)家們相信，他們已經(jīng)找到了一條可行的前進(jìn)道路——一種新型電解質(zhì)，既能克服這些問題，還能使下一代電池的單位重量功率大幅躍升，同時又不犧牲循環(huán)壽命。

在測試中，新電解質(zhì)被證明具有很強的抗金屬原子溶解能力，這防止了質(zhì)量的損失和通常導(dǎo)致的開裂現(xiàn)象。此外，它還將電極表面多余化合物的積累減少了十倍以上，但仍然允許電池充電所需的鋰離子輕松移動。

而在與當(dāng)今鋰電池中所使用的標(biāo)準(zhǔn)陰極（由鋰，鎳，錳和鈷制成的金屬氧化物）結(jié)合時，還被證明具有很高的性能。研究人員還指出，它與鋰金屬負(fù)極相互作用的方式可能會真正打開一些令人興奮的途徑。

麻省理工學(xué)院教授Yang Shao-Horn表示，“這種電解液具有抗高能富鎳材料氧化的化學(xué)性能，可以防止顆粒破裂，并在循環(huán)過程中穩(wěn)定正極。這種電解質(zhì)還可以穩(wěn)定可逆地剝離和電鍍鋰金屬，這是實現(xiàn)可充電鋰金屬電池的重要一步。”


“此外，其能量密度是最先進(jìn)的鋰離子電池的兩倍。這一發(fā)現(xiàn)將促進(jìn)進(jìn)一步的電解質(zhì)研究和鋰金屬電池液態(tài)電解質(zhì)的設(shè)計，與固態(tài)電解質(zhì)相媲美。”他補充說。

研究小組表示，這種新的電解質(zhì)可以制成鋰金屬電池，每公斤能儲存約260瓦時的鋰離子電池，有可能達(dá)到每公斤儲存約420瓦時。這將轉(zhuǎn)化為電動汽車更長的續(xù)航里程和便攜式設(shè)備上更持久的電力。

研究人員的下一個目標(biāo)是擴大生產(chǎn)規(guī)模，使這項技術(shù)成本降下來。雖然這種電解液很容易生產(chǎn)，但它確實涉及一種很少使用的前體化合物，因此獲得這種前體化合物很昂貴，不過隨著產(chǎn)量的增加，這種情況可能會改變。

此外，該技術(shù)還有另一個優(yōu)勢是，它不需要對電池結(jié)構(gòu)進(jìn)行大規(guī)模的重新設(shè)計，該團(tuán)隊將其描述為當(dāng)前電解質(zhì)的“臨時”替代品。

“我認(rèn)為，如果我們能向世界展示這是消費電子產(chǎn)品的絕佳電解質(zhì)，進(jìn)一步擴大規(guī)模的動機將有助于推動價格下降，”該研究作者Jeremiah Johnson表示。