美国能源部阿贡国家实验室的科学家们发现了一种氟电解质，可以保护下一代锂金属电池免受性能下降的影响。氟，特别是以氟化钠的形式，被加入到许多牙膏中，以防止牙齿腐烂。这种化合物也可能是推动非锂离子电池发展的关键。
氟，特别是以氟化钠的形式，被加入到许多牙膏中，以防止牙齿腐烂。这种化合物也可能是推动非锂离子电池发展的关键。
根据阿贡研究人员的说法，在给定的体积或重量下，这种装置的化学成分提供的能量是锂离子的两倍或更多。它们可以为汽车提供更长距离的动力，甚至有一天可以为长途卡车和飞机提供动力。人们期望这种电池的广泛使用将有助于解决气候变化问题。主要问题是随着反复充放电，其高能量密度迅速下降。
首席研究员约翰·张在一份媒体声明中说:“使用我们的氟化阳离子电解质的锂金属电池可以大大促进电动汽车行业的发展，这种电解质的用途无疑可以扩展到锂离子电池以外的其他类型的先进电池系统。”
张指出，其中一个主要的竞争者是用锂金属制成的阳极来代替锂离子电池中通常使用的石墨。因此它被称为“锂金属”电池。阴极是一种含有镍、锰和钴(NMC)的金属氧化物。虽然它提供的能量密度是锂离子电池的两倍多，但这种出色的性能在不到100次充放电循环内就会迅速消失。
R financial watch moving news New net king...Wang Qiujinli Net - Shanghai has...Shanghai futures exchange eyes fire更换电解液该团队的解决方案涉及改变电解质，锂离子通过这种液体在阴极和阳极之间移动以实现充放电。在锂金属电池中，电解质是一种由溶解在溶剂中的含锂盐组成的液体。短循环寿命问题的根源在于，在最初的几个循环中，电解液没有在阳极表面形成足够的保护层。这一层也被称为固体电解质间相(SEl)，它的作用就像一个守护者，允许锂离子自由进出阳极，分别为电池充电和放电。
为了解决这个问题，阿贡的科学家们发现了一种新的氟化物溶剂，可以在数百次循环中保持坚固的保护层。它将带正电的氟化组分(阳离子)与带负电的不同氟化组分(阴离子)偶联。这种混合物被称为离子液体。张说:“我们的新电解质的关键区别在于，在离子液体阳离子部分的环状结构中，氟取代了氢原子。”“这对于在测试锂金属电池中保持数百次循环的高性能至关重要。”
保护层阿贡领导计算设施的Theta超级计算机的模拟显示，在任何充放电循环之前，氟阳离子粘附并积聚在阳极和阴极表面。然后，在循环的早期阶段，形成一个弹性的SEI层，优于以前的电解质。高分辨率电子显微镜显示，阳极和阴极上的高保护性SEl层导致了稳定的循环。
因此，该团队能够调整氟溶剂与锂盐的比例，以创建具有最佳性能的层，包括不太厚或太薄的SEI厚度。由于这一层，锂离子可以在充电和放电过程中有效地进出电极数百次循环。研究小组指出，这种新型电解质还有许多其他优点。它成本低，因为它可以用极高的纯度和一个简单的步骤，而不是多个步骤。它是环保的，因为它使用的溶剂少得多，溶剂是挥发性的，会将污染物释放到环境中。而且它更安全，因为它不易燃。
“使用我们的氟化阳离子电解质的锂金属电池可以大大促进电动汽车行业，”张说。“毫无疑问，这种电解质的实用性可以扩展到锂离子电池以外的其他类型的先进电池系统。”