为了推动我们日益电气化的社会,储能技术必须不断发展和适应,以满足不断增长的需求。锂离子电池已经是无数技术的关键,它需要在高能量密度、安全性、温度弹性和环境可持续性方面做出巨大的改进,以提供许多人所设想的无排放未来。
现在,普里茨克分子工程学院(Pritzker School of Molecular Engineering)教授Y.Shirley Meng领导的一个工程师团队已经证明,液化气体电解质可以同时提供所有四种基本性质。这项研究由孟的加利福尼亚大学圣地亚哥分校和内奇卡哥实验室进行,为可持续、灭火、可大规模开发的最先进电池提供了一条途径。他们的研究成果发表在《自然能源》杂志上。
Yijie Yin是纳米工程博士生,也是这篇论文的第一作者之一,他分享了这项工作是如何产生的。
尹说:“2017年,加州大学圣地亚哥分校的一个纳米工程师团队发现了在室温下会液化的氢氟碳分子。”。然后他们发明了一种新型电解液,叫做液化气体电解液(LGE)相关结果发表在《科学》杂志上。
液化气体电解质大大拓宽了电解质溶剂分子的选择范围。筛选出的氟甲烷和二氟甲烷小分子具有低熔点、快速动力学和宽电压窗口。由于共溶剂的结合,这些特性使这些液化气体电解质表现出优异的低温性能(低于-60掳C) 锂金属库仑效率(>99.8%)和高性能高压阴极。
然而,LGE电解液尚未“完美”,因为所用分子的饱和蒸气压很高,并且与大多数电解液一样,它仍然易燃,这使得系统的安全和环境保护不合理。
这项工作的想法来自加州大学圣地亚哥分校纳米工程博士生阴阳之间的一次聊天。尹提到,在后续工作中,他希望尝试用最小的醚分子取代强溶剂动力液体共溶剂鈥攄二甲醚(Me2O)。
尹说:“作为一种气体分子,Me2O只能用于液化气体。”。“它可能只在加压系统下工作,它可以提供更好的锂金属界面和稳定性,同时保持快速动力学。”
杨表示同意,并希望该系统能够进一步完善。
杨说:“如果我们继续使用目前的FM和DFM弱溶剂化溶剂,现有的高压和易燃性缺点将不会改变。”。“相反,我们应该努力寻找含氟碳键增加的分子。”
这两种方法都是指氟甲烷的结构,以寻找碳链更长的氟化分子,同时保持液化气体的固有优势,如低熔点、低粘度和保持一定的极性。考虑到所有上述要求,想到了1,1,1,2四氟乙烷(TFE)和五氟乙烷五氟乙烷(PFE)。
更令人惊讶的是,这两种分子是某些灭火器的主要成分,这意味着这些分子不仅不易燃,而且具有优异的灭火性能。