氟化物电池寿命可达现有标准8倍

寻找满足现代设备需求的高能量密度电池持续升温。能量密度取决于反应传递电子数、阳极阴极电位差、电池体积和法拉第常数。

综合考量这些因素，加州理工学院研究人员开发基于氟化物（氟负离子）制造可充电电池新方法。

该技术有潜力消除每天给笔记本或手机充电需求。事实上可将需求降至每月仅两次。因氟化物电池能量密度相对锂离子电池更高，续航可达8倍。但氟化物极活泼、腐蚀性强、难处理。

非首次尝试氟化物电池。1970年代科学家尝试用固态模块开发可充电氟化物电池。但固态电池需高温正常工作，不适合日常用途。

现研究人员找到方法使其室温工作，使用液态模块。制造出首个室温正常工作的可充电氟化物电池。

电池通过离子在阴极（正极）和阳极（负极）间漂移提供电流。液体溶液（锂电池用）中离子室温下更易漂移。

参考：ScienceMag | doi:10.1126/science.aat7070 | Caltech

锂电池用正离子（阳离子），本研究氟化物电池带负电荷（阴离子）。阴离子用于电池有诸多优势，但也有挑战。

电荷原子在液体电解质溶液帮助下在阳极阴极间移动 | 来源：Brett Savoie/普渡大学

为让电池更耐用，需移动大量离子。移动正电荷离子（阳离子）困难，但移动负离子（阴离子）相对容易可获类似结果。主要挑战是使系统在足够电压下工作。

研究显示多价氟化物转化反应有高热力学反应电位（>3伏）和体积容量（>1000 Ah/升）。因此氟化物电池理论能量密度达5000 Wh/升，至少是现有锂离子技术理论值8倍。

使氟化物电池在液态（而非固态）正常工作的关键组件是电解液双(2,2,2-三氟乙基)醚 (BTFE)。它稳定氟离子使其在电池中轻松来回移动电子。

氟离子(粉色)被BTFE分子包围 | 来源：Brett Savoie / 普渡大学

为何此溶液有效；BTFE何特性稳定氟离子？研究人员借助计算机模拟寻找答案。改变BTFE溶液发现可通过添加剂修饰增强其稳定性和性能。

结果显示研究人员解锁开发更持久电池有趣技术。说氟化物电池正卷土重来不为过。

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