研究人员开发可充电锂金属电池框架 有望将能量密度提高40%[922字]537

据外媒报道，普渡大学Vilas Pol能源研究小组（ViPER）进行了一项研究，有望开发高能量密度可充电锂金属电池，并解决醚基电解液的电化学氧化不稳定性问题。

（图片来源：普渡大学）

该团队的重点是设计和制造高容量材料，以用于下一代锂离子、锂硫、钠离子、固态和超低温电池系统，并提高安全性。该校化学工程教授 Vilas Pol表示：“目前储能技术快速增长，旨在降低碳排放目标，并满足消费电子和电动汽车市场对储能系统的巨大需求。这要求下一代锂电池具有更高的能量密度和安全性。”

用高能锂金属代替传统的石墨负极材料，是一种富有前景的方法。然而，这种负极材料存在可循环性和安全性低等缺点。Pol表示：“从锂金属电池（LMB）新技术基础研究的角度来看，开发可以兼容富有前景的正、负极的电解液化学成分，具有重要意义。”

在这项研究中，研究人员证明，当使用高非极性二丙醚（highly nonpolar dipropyl ether）作为电解液溶剂时，在工业可行配置下，低浓度乙醚基电解液（ether-based electrolyte）可以承受实际LMB中的长期高压（4.3 V）操作。

Li表示：“本项研究的主要挑战在于，利用稀醚基电解液，同时实现锂金属负极和高压正极的长期循环。醚的氧化稳定性较差，但与锂金属负极可以合理兼容。这项研究的目标是扩展其高压能力。研究人员从分子水平上证实了，稀醚基电解液的溶剂化行为，与其在高压正极上的性能之间，具有本质上的相关性。”

通过详细的经典分子动力学（MD）模拟和密度泛函理论（DFT）计算，再加上多模态实验分析，可以进一步解释它们之间的相关性。结果表明，调节醚基电解液的溶剂化结构，可以重新排列溶剂化物种的降解顺序，并在正极表面选择性形成鲁棒保护。此外，调整表面电双层的成分，可以防止醚氧化。

这种独特的动力学抑制方法不同于传统的策略，如使用超高浓度电解液，或引入分子氟化以提高电解液的稳定性，这大大增加了电池的成本。与传统的锂离子电池相比，ViPER开发的LMB，有望将能量密度提高40%。

2023-03-23

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