《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置:首頁 > 電源技術(shù) > 業(yè)界動(dòng)態(tài) > 工程師開發(fā)出可穩(wěn)定氣態(tài)電解質(zhì)的隔膜 使超低溫電池更安全

工程師開發(fā)出可穩(wěn)定氣態(tài)電解質(zhì)的隔膜 使超低溫電池更安全

2021-06-13
來源:電子工程世界
關(guān)鍵詞: 電解質(zhì) 低溫電池

  據(jù)外媒報(bào)道,,加州大學(xué)圣地亞哥分校(University of California San Diego)的納米工程師開發(fā)出一種電池隔膜,,可作為陰極和陽極間的屏障,防止電池中的氣態(tài)電解質(zhì)氣化,。該全新隔膜可防止電池內(nèi)部壓力積聚,,進(jìn)而避免電池膨脹和爆炸。

  該研究的領(lǐng)導(dǎo)者,、加州大學(xué)圣地亞哥分校雅各布斯工程學(xué)院(Jacobs School of Engineering)納米工程教授Zheng Chen表示:“通過捕獲氣體分子,,該隔膜可以作為揮發(fā)性電解質(zhì)的穩(wěn)定劑?!?/p>

  該全新隔膜可提高超低溫下的電池性能,。采用該隔膜的電池電芯可在零下40℃溫度下運(yùn)行,且容量可高達(dá)每克500毫安小時(shí),,而采用商用隔膜的電池在該情況下容量幾乎為零,。研究人員稱,即使閑置兩個(gè)月,,電池電芯容量仍然較高,。這種性能表明該隔膜還可以延長貯藏壽命。該發(fā)現(xiàn)可使研究人員進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)目標(biāo),即生產(chǎn)出可在極冷環(huán)境下為車輛提供電力的電池,,具體使用環(huán)境如航天器,、衛(wèi)星和深海船只。

 1623323919604093.png

 ?。▓D片來源:加州大學(xué)圣地亞哥分校)

  此項(xiàng)研究基于加州大學(xué)圣地亞哥分校納米工程教授Ying Shirley Meng實(shí)驗(yàn)室的一項(xiàng)研究,。該研究采用特殊的液化氣電解質(zhì),首次開發(fā)出可在零下60℃環(huán)境中保持良好性能的電池,。其中,,液化氣電解質(zhì)是一種通過施加壓力液化的氣體,比傳統(tǒng)液體電解質(zhì)更耐低溫,。

  但這種電解質(zhì)存在缺陷,,即很容易從液體變?yōu)闅怏w。Chen表示:“該問題是這種電解質(zhì)最大的安全問題,?!睘槭褂迷撾娊赓|(zhì),需加大壓力,,從而冷凝液體分子并使電解質(zhì)保持液態(tài),。

  為解決該問題,Chen的實(shí)驗(yàn)室與Meng和加州大學(xué)圣地亞哥分校納米工程教授 Tod Pascal合作,。通過將Pascal等計(jì)算專家的專業(yè)知識與Chen和Meng等研究人員的專業(yè)知識相結(jié)合,開發(fā)出一種無需施加太大壓力即可輕松液化該氣化電解質(zhì)的方法,。其中,,上述人員均隸屬于加州大學(xué)圣地亞哥分校材料研究科學(xué)與工程中心(MRSEC)。

  該方法借鑒了一種物理現(xiàn)象,,即氣體分子被困在微小納米級空間時(shí)自發(fā)地凝結(jié),。 這種現(xiàn)象稱為毛細(xì)管冷凝,可使氣體在較低壓力下變成液體,。研究團(tuán)隊(duì)利用此現(xiàn)象構(gòu)建出一種電池隔膜,,可穩(wěn)定超低溫電池中的電解質(zhì),一種由氟甲烷氣體制成的液化氣電解質(zhì),。研究人員采用一種被稱為金屬有機(jī)框架(MOF)的多孔結(jié)晶材料打造出該隔膜,。MOF的特別之處在于它充滿了微小的孔隙,能夠捕獲氟甲烷氣體分子并在相對較低的壓力下將分子冷凝,。例如,,氟甲烷通常在零下30℃和118 psi的壓力下冷凝;但是若使用MOF,,porous在相同溫度下的冷凝壓力僅需11 psi,。

  Chen表示:“這種MOF顯著降低了電解質(zhì)工作所需的壓力。因此,我們的電池在低溫下可提供大量容量,,并且不會(huì)出現(xiàn)退化,。”研究人員在鋰離子電池中測試了基于MOF的隔膜,。該鋰離子電池由碳氟化物陰極和鋰金屬陽極組成,,并可在70 psi的內(nèi)部壓力下填充氟甲烷氣態(tài)電解質(zhì),遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于液化氟甲烷所需的壓力,。電池在零下40℃下仍可保持其室溫容量的57%,。相比之下,在相同溫度和壓力下,,使用含氟甲烷氣態(tài)電解質(zhì)的商用隔膜電池的容量幾乎為零,。

  基于MOF隔膜的微孔是關(guān)鍵,因?yàn)檫@些微孔即使在減壓情況下也能保持較多的電解液在電池中流動(dòng),。而商用隔膜孔隙較大,,在減壓情況下無法保留氣態(tài)電解質(zhì)分子。但微孔并不是隔膜在這些條件下運(yùn)行良好的唯一原因,。研究人員設(shè)計(jì)的隔膜還可使孔隙形成從一端到另一端的連續(xù)路徑,,從而確保鋰離子可以自由地流過隔膜。 在測試中,,采用新型隔膜的電池在零下40℃時(shí)的離子電導(dǎo)率是采用商用隔膜的電池的10倍,。

  Chen的團(tuán)隊(duì)目前還在其他電解質(zhì)上測試基于MOF的隔膜。Chen表示:“我們看到了類似的效果,。通過使用這種MOF作為穩(wěn)定劑,,可以吸附各種電解質(zhì)分子,進(jìn)而提高電池安全性,,包括具有揮發(fā)性電解質(zhì)的傳統(tǒng)鋰電池,。”


本站內(nèi)容除特別聲明的原創(chuàng)文章之外,,轉(zhuǎn)載內(nèi)容只為傳遞更多信息,,并不代表本網(wǎng)站贊同其觀點(diǎn)。轉(zhuǎn)載的所有的文章,、圖片,、音/視頻文件等資料的版權(quán)歸版權(quán)所有權(quán)人所有。本站采用的非本站原創(chuàng)文章及圖片等內(nèi)容無法一一聯(lián)系確認(rèn)版權(quán)者,。如涉及作品內(nèi)容,、版權(quán)和其它問題,請及時(shí)通過電子郵件或電話通知我們,,以便迅速采取適當(dāng)措施,,避免給雙方造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。聯(lián)系電話:010-82306118;郵箱:[email protected],。