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KAUST开发出新无金属电池 或可实现更可持续的电网-环球信息

来源: 盖世汽车 时间: 2023-01-12 18:44:38

据外媒报道,阿卜杜拉国王科技大学(King Abdullah University of Science and Technology,KAUST)研究人员发现,使用铵阳离子作为电荷载体的可充电电池可成为金属离子电池(Metal-ion batteries)环保和可持续的替代品。


(相关资料图)

图片来源:阿卜杜拉国王科技大学

金属离子电池,例如锂离子电池,是首选的储能解决方案。凭借其高能量密度和多功能性,这种电池在便携式消费电子产品和电动汽车市场一直占据主导地位。然而,金属离子电池中的电解质使用的金属通常为非可持续性资源,且具有毒性和易燃性,不仅不具有长期可用性、不安全,还对环境有害。

由于铵阳离子重量轻且易于合成和回收,此前已有很多次尝试生成基于铵离子的电池,以解决可持续性和环境问题。然而,铵阳离子在低操作电位下容易还原成氢和氨,会阻止电池发挥其全部潜力。不仅如此,铵阳离子也很容易溶解在电解质中,从而难以掺入电极材料中。

Husam Alshareef、博士后Zhiming Zhao及其同事通过将含铵阳离子的电解质与碳基电极相结合,开发出一种高效无金属电池。Zhao称石墨阴极和有机半导体阳极便宜、环保且可再生。

对于铵阳离子,研究人员选择六氟磷酸盐离子作为负电荷载体,并利用石墨的能力将这些阴离子可逆地容纳在其层内,从而制造出“双离子”电池。在电池中,阳离子和阴离子在充电循环期间同时插入相应的电极,并在放电循环期间释放到电解质中。

博士后Zhiming Zhao表示:“通过筛选一系列耐高压溶剂并考虑其还原稳定性,我们设计出一种既抗氧化又抗还原的电解质。”

抗氧化溶剂主要溶剂化参与阴极反应的阴离子,而其抗还原溶剂在参与阳极反应的阳离子周围形成溶剂化球。Zhao解释道:“这种配置对于电池稳定性至关重要。”

该电池的性能优于现有的基于铵离子的其他电池,且其工作电压实现了创纪录的2.75伏。Zhao表示:“现在有可能开发出可以与金属离子电池竞争的高能非金属离子电池。”

该团队目前正在努力提高这种电池的性能,以更接近大规模应用。Zhao表示:“我们正在探索具有更高容量的阳极材料,这对于提高能量密度至关重要。” “

Alshareef的团队正在开发廉价的锂离子电池替代品,特别是用于电网存储。Alshareef表示:“要最终使电网完全脱碳,电池成本必须大幅下降。”而用非金属电荷载体(例如铵离子)代替锂有助于降低电池成本。

标签: KAUST 无金属电池 铵阳离子