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超越锂离子:制造高性能电池的关键步骤
发布:shadow   时间:2015/4/23 15:12:38   阅读:1395 
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材料与测试:超越锂离子:制造高性能电池的关键步骤

这是一项竞赛,正如火如荼的进行着。科学家们正竭尽全力开发新一代性能远优于目前锂离子基的电池。

芝加哥伊利诺大学的研究人员已经在开发性能比用在雪佛兰伏特电动汽车上的锂离子电池更先进的技术上迈出了关键一步。

他们展示了用带两个正电荷的镁离子来代替只带一个正电荷的锂离子,将其装在现今许多设备的电极结构上,能够发生类似电池的化学反应。

“由于镁离子携带两个正电荷,当我们将其引入电池材料的结构中,就能传输两倍于锂离子的电子。”芝加哥伊利诺大学化学系的助理教授兼该课题的主要研究者Jordi Cabana这样说,“我们希望这项工作能开拓一条可靠的设计高压高能电池的途径。”

这项研究是联合能源存储研究中心,即由阿贡国家实验室领导的能源创新中心部门研究的一部分,旨在电池性能方面获得革命性进步。这项研究公布在网上,而后发表在《先进材料》杂志上。

每个电池包括一个阳极和一个阴极以及电解质。电解质通常用来交换带正电的电子和离子。只有使离子流过电解质,而电解质是电绝缘的,此过程迫使电子流经外电路来驱动车辆或设备。

为了使电池再充电,需要使电子交换逆转。但是该化学反应并不是完全有效的,它限制着电池充电的次数。

“这种反复的次数越多,你能给电池充电并在充电时使用它的次数就越多,”Cabana说。“在我们的研究中,我们想要最大化每个离子传输的电子数,因为当离子进入或离开电解质材料时会使电解质材料结构发生扭曲。该结构扭曲的越多,离子移动回原位时消耗的能量就越多,电池充电就会越难进行。”

Cabana说,“就像一个停车场,虽然空间有限,但是你可以将车停在任一空位并且里面坐很多人,而不破坏整体结构。”

“将镁离子可逆地嵌入电极材料的结构中使我们向标准化又迈进了一步,”Cabana说,“它还不是一个完整的电池,只是其中的一小部分,但是你将发现在最终的装置中我们会利用这个相同的反应。”



来源:材料与测试
译者:Sarah
译自sciencedaily。
 
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