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現(xiàn)在，手機(jī)、電腦和汽車大多通過(guò)鋰電池提供動(dòng)力。據(jù)外媒報(bào)道，香港理工大學(xué)(Hong Kong Polytechnic University)新評(píng)論論文顯示，通過(guò)進(jìn)一步開發(fā)能夠儲(chǔ)存和釋放能量的電解質(zhì)，有望提高鋰電池性能。
該團(tuán)隊(duì)于2023年9月18日在《能源材料與設(shè)備(Energy Materials and Devices)》期刊上發(fā)表其研究成果。香港理工大學(xué)應(yīng)用物理系和智能能源研究所博士后Zhijie Wang表示：“鋰電池徹底改變了現(xiàn)代生活。其性能(包括能量密度、壽命、安全性等)在很大程度上取決于電解質(zhì)的配方和微觀結(jié)構(gòu)。”
鋰電池主要由兩個(gè)集流器、帶負(fù)電荷的電極、帶正電荷的電極、電解質(zhì)和隔膜構(gòu)成。帶正電荷的鋰離子通過(guò)電解質(zhì)從正極通過(guò)隔膜到達(dá)負(fù)極，帶負(fù)電荷的離子則從反方向傳輸。當(dāng)鋰離子穿過(guò)電解質(zhì)時(shí)，陽(yáng)極收集自由電子，從而在集流器處產(chǎn)生正電荷。該正電流放電為設(shè)備供電，流經(jīng)電池并作為負(fù)電流返回電池。
電解質(zhì)通常由極性溶劑中的鋰鹽溶液組成，或是利用其組成分子形狀產(chǎn)生的微小電荷來(lái)溶解鹽并釋放鋰離子的物質(zhì)。在傳統(tǒng)電解質(zhì)中，鋰離子與鹽陰離子分離；而在近年開發(fā)的(局域化)高濃度電解質(zhì)中，鹽陰離子采用鋰離子溶劑化，在提高電池性能方面具有獨(dú)特的功能。
然而Wang表示，三年前首次提出用于此用途的弱溶劑化電解質(zhì)，有望為實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的電池開辟途徑。在此類電解質(zhì)中，鋰離子與溶劑分子弱配位，并與帶負(fù)電的鹽陰離子配位。“這種結(jié)構(gòu)可以在相對(duì)稀的鹽濃度下獲得，并且無(wú)需使用非溶劑化稀釋劑。因此，不同于傳統(tǒng)電解質(zhì)和(局域化)高濃度電解質(zhì)。該電解質(zhì)可以提高鋰電池的低溫、快充、安全和循環(huán)性能，近年來(lái)引起研究人員的廣泛關(guān)注。”
在這項(xiàng)研究中，研究人員遍閱近年關(guān)于弱溶劑化電解質(zhì)的研究論文，由此得出的結(jié)論是該領(lǐng)域缺乏基本設(shè)計(jì)原理和未來(lái)的研究方向。Wang表示：“從現(xiàn)有文獻(xiàn)中可以發(fā)現(xiàn)，構(gòu)建弱溶劑化電解質(zhì)關(guān)鍵是在鋰離子與溶劑和陰離子的相互作用之間建立平衡。此外，研究人員還確定這種弱溶劑化電解質(zhì)設(shè)計(jì)概念可以擴(kuò)展到其他電池，例如由鈉、鉀、鎂或鋅制成的系統(tǒng)。”
研究人員建議，該領(lǐng)域未來(lái)的研究應(yīng)集中在簡(jiǎn)化合成流程、提高產(chǎn)量和降低電解質(zhì)成分的成本。Wang表示：“本項(xiàng)研究旨在促進(jìn)對(duì)新興弱溶劑化電解質(zhì)的功能、設(shè)計(jì)原理和最新研究進(jìn)展的認(rèn)識(shí)，希望這些見(jiàn)解有助于開發(fā)具有強(qiáng)大性能的下一代鋰電池，從而提高其在電源市場(chǎng)的份額，特別是電動(dòng)汽車領(lǐng)域。”
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