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高度多孔石墨烯提升锂—氧电池容量

返回列表 来源:华体会游戏平台 发布日期:2021-09-07 22:02
 本文摘要:研究人员顺利展出了如何解决妨碍所谓“终极”电池实际发展的问题。科学家早已研发出有了一款具备十分低能量密度、效率低于90%、且到目前可循环电池2000次以上的锂-氧电池实验室样本,指出了妨碍这种器件的发展的各种问题未来将会以求解决问题。锂-氧电池,或者称作锂-空气电池,因其理论能量密度为锂离子电池的10倍以上,被称作是“终极”电池。如此低的能量密度可与汽油相媲美——组装有这种电池的电动汽车单次电池从伦敦行经到爱丁堡的成本只有市面上电动汽车的1/5,且其重量也只有1/5。

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研究人员顺利展出了如何解决妨碍所谓“终极”电池实际发展的问题。科学家早已研发出有了一款具备十分低能量密度、效率低于90%、且到目前可循环电池2000次以上的锂-氧电池实验室样本,指出了妨碍这种器件的发展的各种问题未来将会以求解决问题。锂-氧电池,或者称作锂-空气电池,因其理论能量密度为锂离子电池的10倍以上,被称作是“终极”电池。如此低的能量密度可与汽油相媲美——组装有这种电池的电动汽车单次电池从伦敦行经到爱丁堡的成本只有市面上电动汽车的1/5,且其重量也只有1/5。

然而,与其他新一代电池一样,在锂-空气电池代替汽油之前仍有几个实际问题必须解决问题。现在,剑桥大学(University of Cambridge)研究人员证明了其中的一些障碍是可以解决的,并研发出有了一款比起于先前电池而言具备更高容量、更高能量密度及更高稳定性的锂-氧电池实验室样本。这个样本依赖由石墨烯制得的高度多孔的柔软碳电极,以及用作转变电池当中起起到的化学反应的添加剂,使其更为平稳、更为高效。涉及研究结果公开发表于《科学》(Science)期刊上,虽然被指出是很有期望的,但研究人员谨慎回应依然必须最少10年时间才有可能取得简单的锂-空气电池。

“对于这项技术,我们早已获得了显著的变革,并明确提出了全新的研究领域——我们未解决问题化学当中所有的固有问题,但是我们的研究指出了实际器件的发展路线。”该论文通讯作者、剑桥大学化学系教授Clare Grey如是说。我们日常用于的许多技术都在渐渐变大、变快、显得更为低廉——电池是个显著的值得注意。

除了需要保持数天而需要电池的智能手机以外,制取更佳电池的挑战还妨碍了两项主要洗手技术的广泛应用:电动汽车和太阳能发电的并网。该论文第一作者、化学系Tao Liu博士说道:“最简单的电池由三部分包含:负极、负极、电解液。”对于目前笔记本电脑及智能手机当中使用的锂离子电池而言,负极是石墨(碳的一种形式),于是以十分金属氧化物,比如氧化锂钴,电解液为沉淀有锂盐的有机溶剂。

电池的起到各不相同锂离子在两电极间的运动。虽然锂离子电池很重,但其容量不会随时间波动,另外,能量密度比较较低,这也意味著必须常常电池。过去的十多年间,研究人员研发出有了各种锂离子电池的替代品,锂-空气电池被指出是新一代储能的终极五品,因为其能量密度极高。

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然而,先前展出的样本效率较低、性能劣、不会再次发生不必要的化学反应、且不能在纯氧当中展开循环。Liu、Grey等人在非水基锂-空气电池上使用了与之前的尝试十分有所不同的化学剂,使用氢氧化锂(LiOH)代替过氧化锂(Li2O2)。随着水的重新加入以及过氧化锂作为“媒介”,这种电池表明出有了较少得多的造成电池过热的化学反应,从而使其在多次充放电循环后展现出出有更佳的稳定性。

通过准确结构电池结构,将其转变成高度多孔的石墨烯,加到过氧化锂,并转变电解液成分,研究人员需要将充放电间的电压劣增加至0.2 V。电压劣就越小意味著电池效率越高——之前的各种锂-空气电池的电压劣不能降至0.5~1.0 V,而0.2V更加相似于锂离子电池,相等于有93%的能量效率。

高度多孔的石墨烯电极还大大提高了样本的容量,虽然这只在一定充放电比率下取得的。其他仍尚待解决问题的问题还包括有:找寻一种方法来维护金属电极,避免构成细长的锂金属纤维,也就是所谓的树突,一旦长得过多甚至使电池短路可能会引发发生爆炸。

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此外,该样本不能在纯氧下展开循环,而周围的空气当中还所含二氧化碳、氮气和水分,这些都会对金属电极危害。Liu说道:“还有很多工作要做到。但我们在此处看见的这些解释有很多方法可以解决问题这些问题——或许我们只必须展开一点点有所不同的尝试。”Grey说道:“尽管仍有大量的基础性研究尚待已完成,为了解决问题部分力学细节,目前的研究结果十分令人兴奋——虽然还正处于发展阶段,但我们依然十分激动,但我们早已指出了有很多解决方案可以用作解决问题该技术涉及的一些棘手问题。


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