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科学家开发新型能量密集型锂硫电池可在极端温度下工作

来源：cnBeta.COM2022/7/5 14:29:08140
导读
研究小组发现，一种与锂离子形成较弱结合的电解质取得了成功，这使得锂离子在充电过程中的分布更加均匀。
　　作为下一代电池技术研究的一部分，加州大学圣迭戈分校的科学家们正在探索能在极端温度下工作的设计，他们已经开始取得一些重大进展。在他们的最新研究中，该团队展示了一种锂电池，它不仅可以在严寒和酷热的温度下工作，而且可以储存两倍于当前设备的能量，同时对环境更友好。
 
　　去年，同一组研究人员宣布了一项有趣的突破，它源于操纵锂电池中离子运动的能力。这得益于一种重新发明的电解质溶液，它在电池的两个电极，即阴极和阳极之间输送锂离子。
 
　　研究小组发现，一种与锂离子形成较弱结合的电解质取得了成功，这使得锂离子在充电过程中的分布更加均匀。这种弱结合的电解质被整合到一个实验性的锂电池中，该电池有一个高密度的金属阳极和一个硫基阴极，能够在零度以下的温度下运行，同时保持其大部分容量。
 
　　通过继续实验其电解质配方，科学家们现在已经开发出一个版本，它也能在光谱的另一端运行。新的电解质以锂盐和二丁醚为特征，二丁醚是一种沸点为141°C的化合物，使电解质能够在高温下保持液态。
 
　　在用这种电解质进行的概念验证实验中，这些电池能够在零下40℃时保持87.5%的容量，在50℃时保持115.9%的容量。它们在这些温度下还表现出98%以上的高库仑效率，这与它们在寿命结束前处理更多充电周期的能力有关。
 
　　一个有能力在低温下工作的电池可以使电动汽车在寒冷的气候下有更大的范围。相反，能够在较高温度下安全运行的电池，除了其他优点外，还可以消除对冷却系统的需求，以防止过热。
 
　　“你需要在环境温度可以达到三位数(华氏度)的地区进行高温操作，而且道路会变得更加炎热，”研究作者郑晨(音译)解释说。“在电动汽车中，电池组通常在地板下，靠近这些热的道路。此外，电池在运行过程中仅仅因为有电流通过而变热。如果电池不能忍受高温下的这种升温，它们的性能将迅速下降。”
 
　　再次，该团队的电解质与由硫磺制成的高密度锂金属阳极和阴极兼容。这种类型的锂硫电池有望储存多达当今锂电池两倍的能量，这可能意味着电动汽车的续航能力增加一倍。此外，与今天的锂电池阴极所使用的相对稀有和昂贵的金属钴相比，硫磺的来源更丰富，问题也更少，从而减轻了对环境的压力。
 
　　该团队还表示，他们的设计提供了比目前的锂硫电池更长的循环寿命。它现在正将重点转移到进一步延长这种循环寿命，使电池能够在更高的温度下运行，然后扩大技术规模。
 
　　这项研究将于本周发表在《美国国家科学院院刊》上。

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