Kemiske tilsætningsstoffer forbedrer stabiliteten af ​​lithium-ion-batterier med høj densitet

Da vores behov for højdensitetsbatterier stiger med udbredt brug af elbiler og alternative energikilder, er det en nødvendighed at forbedre stabiliteten og kapaciteten af ​​lithium-ion-batterier. Den nuværende lithium-ion batteriteknologi, som ofte bruger nikkel, er mindre stabil ved ekstreme temperaturer, hvilket fører til overophedning på grund af både temperatur og høje spændinger. Disse batterier har også en tendens til at nedbrydes hurtigt.

For at løse dette problem studerer forskere nye kemiske kombinationer, der kan løse disse ulemper. I en nylig undersøgelse demonstrerede forskere, hvordan et opløsningsmiddel og et uorganisk forbindelsesadditiv kan forbedre stabiliteten og ydeevnen af ​​lithium-ion-batterier med nikkelkatoder.

De offentliggjorde deres resultater den 12. september i Nano Research .

Det grundlæggende i, hvordan batterier fungerer, er det samme, uanset om du tænker på et industrielt lithium-ion-batteri eller et gennemsnitligt AA-husholdningsbatteri. Katoden er den positive elektrode, anoden er den negative elektrode, og mellem dem inde i batteriet er en opløsning kaldet elektrolytten. Positivt og negativt ladede ioner strømmer gennem elektrolytten, og en kemisk reaktion genererer elektrisk energi. I denne undersøgelse identificerede forskere en sulfolan-baseret flydende elektrolyt med lithiumperchlorat tilsat som en potentiel løsning på almindelige lithium-ion batteri ulemper.

"For nikkel-baserede katoder opnås en god elektrokemisk ydeevne ved lav temperatur normalt på bekostning af egenskab og sikkerhed ved stuetemperatur. Dette skyldes, at elektrolytter med lavtsmeltende opløsningsmidler forringes dramatisk. Den høje flygtighed og brændbarhed af disse elektrolytter begrænser også deres anvendelse ved høje temperaturer," sagde professor Fang Lian ved School of Materials Science and Engineering ved University of Science and Technology Beijing i Beijing, Kina. Ved at tilføje lithiumperchlorat til sulfolanet fandt forskerne ud af, at de kunne forbedre mange af disse ulemper.

Sulfolane er et opløsningsmiddel, der oprindeligt blev skabt til brug i olie- og gasindustrien, men det bruges nu i mange forskellige industrielle omgivelser, fordi det forbliver stabilt ved høje temperaturer. Lithiumperchlorat er en uorganisk forbindelse, der er kombineret med sulfolane for at hjælpe med at opretholde elektrolyttens stabilitet. Et tredje kemikalie tilsættes for at fortynde elektrolytten og hjælpe elektrolyttens stabilitet ved en lang række temperaturer.

For at teste, hvor godt den foreslåede elektrolyt virkede, skabte forskere et batteri ved hjælp af elektrolytten og udførte en række tests og teoretiske beregninger.

De fandt ud af, at opløsningsmidlet var i stand til at opretholde ledningsevnen ved en lang række temperaturer, varierende fra -60 til 55 grader Celsius. Til sammenligning har traditionelle elektrolytter en tendens til at størkne ved temperaturer under -20 grader Celsius. Tilsætning af lithiumperchlorat til elektrolytten styrker den måde, hvorpå de forskellige kemikalier i elektrolytten interagerer med hinanden og reducerer den nødvendige mængde energi, hvilket gør det lettere for elektrolytten at arbejde ved lavere temperaturer.

"Den fortyndede højkoncentrerede sulfolan-baserede elektrolyt med lithiumperchlorat-additiv realiserer den brede temperaturanvendelse i højspændingsceller. Denne kombination forbedrer lithium-ion-overførslen og reducerer desolvationsenergien, samtidig med at den hæmmer den kontinuerlige nedbrydning af elektrolytten og den akutte forringelse af katoden ved høje temperaturer," sagde Lian. "Vores arbejde giver en omfattende forståelse af elektrolyttens molekylære design, hvilket letter udviklingen af ​​lithiumbatterier med høj energitæthed." + Udforsk yderligere

Ny varmetolerant, højkapacitetskondensator skabt med solide elektrolytter lånt fra faststofbatterier