采用新型电解液技术的无阳极电池使电动汽车的行驶里程翻倍
浦项科技大学 (POSTECH)，韩国浦项
可逆宿主设计电解质的示意图和软包电池及其循环性能。 （图片来源：研究人员）由浦项科技大学化学系的 Soojin Park 教授和 Dong-Yeob Han 博士领导的联合研究小组，与韩国科学技术院的 Nam-Soon Choi 教授和 Saehun Kim 博士，以及庆尚国立大学的 Tae Kyung Lee 教授和研究员 Junsu Son 一起，在无阳极锂金属电池中成功实现了 1270 Wh/L 的体积能量密度。该值几乎是目前电动汽车中使用的锂离子电池的两倍，后者通常提供约 650 Wh/L 的能量。该成果发表在Advanced Materials上。
无阳极锂金属电池完全消除了传统的阳极。相反，存储在阴极中的锂离子在充电过程中移动并直接沉积到铜集流体上。通过移除不必要的组件，可以将更多的内部空间用于能量存储，就像在相同大小的油箱中装入更多燃料一样。然而，这种设计面临着严峻的挑战。如果锂沉积不均匀，就会形成称为枝晶的尖锐针状结构，从而增加短路风险和潜在安全隐患。反复充放电还会损坏锂表面，迅速缩短电池寿命。
为了解决这些问题，研究团队采用了双重策略，将可逆主体（RH）和设计电解质（DEL）相结合。可逆主体由嵌入均匀分布的银（Ag）纳米颗粒的聚合物框架组成，引导锂沉积在指定位置而不是随机。简单来说，它就像锂的专用停车场，确保有序、均匀的沉积。
设计的电解质通过在锂表面形成一层薄而坚固的由Li2O和Li3N组成的保护层，进一步增强了稳定性。该层的功能就像皮肤上的绷带，防止有害的枝晶生长，同时保持锂离子传输的开放通道。
结合使用后，RH–DEL 系统可提供出色的性能。高面积容量下（4.6 mAh cm -2 ）和电流密度（2.3 mA cm -2 ），电池在 100 次循环后保留了 81.9% 的初始容量，平均库仑效率达到 99.6%。这些成果使团队在无阳极锂金属电池中达到了破纪录的1270 Wh/L体积能量密度。
重要的是，这种性能不仅在小型实验室电池中得到了验证，而且在更接近实际电动汽车应用的袋式电池中也得到了验证。即使使用最少量的电解质 (E/C =2.5 g Ah -1 ）并且在较低的堆压（20 kPa）下，电池稳定运行。这表明了在减轻电池重量和体积的同时降低制造负担、显着提高商业可行性的巨大潜力。
Soojin Park 教授评论道：“这项工作代表了一项有意义的突破，同时解决了无阳极锂金属电池的效率和寿命问题。” Tae Kyung Lee 教授补充道：“我们的研究表明，基于市售溶剂的电解质设计可以实现高锂离子迁移率和界面稳定性。”
如需了解更多信息，请联系 Nam-Soon Choi：此电子邮件地址已受到垃圾邮件机器人保护。您需要启用 JavaScript 才能查看它..
复合材料