在過去的幾十年里,手機、筆記本電腦和其他個人設備的蓬勃發展均得益于鋰離子電池,但隨著氣候變化,要求為電動汽車和電網規模的可再生能源儲存提供更強大的電池,鋰離子技術可能已經不再夠用。
鋰金屬電池(LMBs)的理論容量比鋰離子電池大一個數量級,但它有個致命的缺點——“易燃易爆炸”。
近期,美國芝加哥大學的研究人員解決了這個存在數十年的問題,他們使用無溶劑的無機熔鹽來制造高能量密度、安全的電池,為電動汽車和電網規模的可再生能源存儲開辟了新的可能性。最新研究結果已于近期發表在了《物質》雜志上。
研究人員數說:“我們已經開發出一種不易燃、不揮發的安全系統,它實際上可以將能量密度提高2倍(與鋰離子相比)。”
傳統的鋰金屬電池依賴于將鋰鹽溶解在溶劑中制成的電解質。這些揮發性、易燃的溶劑引起了這些安全問題。
為了解決這個問題,研究人員嘗試了不同的溶劑,或者修改了鹽的濃度。這樣的嘗試一直存在一種取舍:使用固態無機物作為電解液的電池更安全,但使用液體電解液的電池更強大。結果要么是不安全的電池,要么是沒有達到鋰金屬電池巨大理論能力的電池。
于是,該團隊此次采取了一種新穎的方法。他們通過熔化而非溶解鋰鹽來使其成為液體。這就需要創造一種在低溫下熔化的新鹽成分。挑戰在于達到鋰鹽熔化的溫度,但電池其他部分的鋰金屬卻不會熔化。
需要了解的是,純氯化鋰的熔點在600°C以上,鋰金屬的熔點在180°C,這意味著任何有用的熔鹽電解質都必須具有低得多的熔點。于是,研究團隊創造了一種在45℃熔化的鹽,獲得了一種可以在80℃—100℃下安全運行的強大電池。
研究人員說:“這是一個處于中間的最佳位置,既能保持所有的安全優勢,又能在液體溫度下運行。”
下一步,該團隊將繼續研究熔點更低的鹽成分,最終目標是制造出在室溫下安全運行的強大鋰金屬電池。
“你怎么能把溫度降到25°C或30°C?從研究和應用的角度來看,這是非常令人興奮的。我們有機會創造一種非常有影響力的電池,有助于解決能源存儲這一關鍵的全球挑戰。”他們說。