眾所周知，許多牙膏都含有氟化鈉，這種氟化合物可以防止蛀牙。然而，含氟化合物還有其他意想不到的應(yīng)用。近期，美國(guó)能源部（DOE）阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種氟化物電解質(zhì)，有助于防止電池性能減退。

阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室化學(xué)科學(xué)與工程部門(mén)的負(fù)責(zé)人John Zhang說(shuō)，“超越鋰離子電池的新一代電動(dòng)汽車(chē)電池即將問(wèn)世。”

據(jù)了解，在給定的體積或重量下，非鋰離子電池的化學(xué)成分提供的能量，是鋰離子電池的兩倍或更多。它們可以為汽車(chē)提供更長(zhǎng)距離的動(dòng)力，甚至有一天可以為長(zhǎng)途卡車(chē)和飛機(jī)提供動(dòng)力。

人們期望這類(lèi)電池的廣泛使用將有助于解決氣候變化問(wèn)題。然而，這些電池也面臨著一些瓶頸丞待解決，主要包括：隨著反復(fù)充放電，其高能量密度會(huì)迅速下降。

其中一個(gè)主要的競(jìng)爭(zhēng)者是用鋰金屬制成的陽(yáng)極（負(fù)極）來(lái)代替鋰離子電池中通常使用的石墨。因此它被稱(chēng)為“鋰金屬”電池。陰極（正極）是一種含有鎳、錳和鈷（NMC）的金屬氧化物。雖然它提供的能量密度是鋰離子電池的兩倍多，但這種出色的性能在不到100次充放電循環(huán)內(nèi)就會(huì)迅速消失。

在最新研究中，科學(xué)家們?cè)谶@方面取得了突破。該團(tuán)隊(duì)的解決方案涉及改變電解質(zhì)，鋰離子通過(guò)這種液體在陰極和陽(yáng)極之間移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)充放電。最新研究成果已于近期發(fā)表在了《自然通訊》雜志上。

在鋰金屬電池中，電解質(zhì)是一種由溶解在溶劑中的含鋰鹽組成的液體。短循環(huán)壽命問(wèn)題的根源在于，在最初的幾個(gè)循環(huán)中，電解液沒(méi)有在陽(yáng)極表面形成足夠的保護(hù)層。這一層也被稱(chēng)為固體電解質(zhì)界面（SEI），它的作用就像一個(gè)守護(hù)者，允許鋰離子自由進(jìn)出陽(yáng)極，分別為電池充電和放電。

該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種新的氟化物溶劑，可以在數(shù)百次循環(huán)中保持堅(jiān)固的保護(hù)層。它將帶正電的氟化組分（陽(yáng)離子）與帶負(fù)電的不同氟化組分（陰離子）偶聯(lián)。這種組合就是科學(xué)家們所說(shuō)的離子液體——一種由正離子和負(fù)離子組成的液體。

Zhang說(shuō)：“我們新電解質(zhì)的關(guān)鍵區(qū)別在于，在離子液體陽(yáng)離子部分的環(huán)狀結(jié)構(gòu)中，氟取代了氫原子。這對(duì)于保持?jǐn)?shù)百次循環(huán)的高性能至關(guān)重要?！?/p>

研究人員們還表示，他們能夠調(diào)整氟溶劑與鋰鹽的比例，以創(chuàng)建具有最佳性能的鍍層，包括SEI厚度，既不太厚也不太薄。多虧了這一保護(hù)層，鋰離子可以在充電和放電過(guò)程中有效地進(jìn)出電極數(shù)百次循環(huán)。

此外，該團(tuán)隊(duì)的新電解質(zhì)還有許多其他優(yōu)點(diǎn)。它的成本很低，因?yàn)樗恍枰粋€(gè)簡(jiǎn)單的步驟，而不是多個(gè)步驟。它是環(huán)保的，因?yàn)樗褂玫娜軇┥俚枚?，溶劑是揮發(fā)性的，會(huì)將污染物釋放到環(huán)境中。而且它更安全，因?yàn)樗灰兹肌?/p>

“使用我們的氟化陽(yáng)離子電解質(zhì)的鋰金屬電池可以大大促進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)，”Zhang說(shuō)，“毫無(wú)疑問(wèn)，這種電解質(zhì)的實(shí)用性可以擴(kuò)展到鋰離子電池以外的其他類(lèi)型的先進(jìn)電池系統(tǒng)?！?/p>