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類似肥皂的工作原理 布朗大學發現使電池更持久的秘訣

2023-11-14 10:43:18來源:蓋世汽車 閱讀量:20662

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導讀:研究人員希望改善并提高電池的能量密度,也就是電池每次循環能儲存的能量,以及電池的持續循環次數。
  據外媒報道,布朗大學(Brown University)和愛達荷國家實驗室(Idaho National Laboratory)研究人員認為,制造使用壽命更長的電池,關鍵可能在于如何使物體變得清潔,尤其是類似于肥皂的工作原理在這個過程中發揮的作用。
 
  以洗手為例。人們用肥皂洗手時會形成一種膠束結構,這些膠束可以將油脂和污垢包裹起來,從而使其更容易被水沖洗掉。在這項新研究中,該團隊發現在設計新型局部高濃度電解質(localized high-concentration electrolyte)時也出現了類似的過程。這種電解質已成為開發更持久鋰電池的富有前景的物質之一。研究人員表示,對于這一過程如何運作的全新認識,有望完全打開這一新興技術領域的大門。
 
  布朗大學工程學院Yue Qi教授表示:“總體而言,研究人員希望改善并提高電池的能量密度,也就是電池每次循環能儲存的能量,以及電池的持續循環次數。為了做到這一點,需要更換傳統電池內部的材料,從而實現儲能更高的長壽命電池。想想可以為一部手機供電一周或更長時間的電池,或者能夠續航500英里的電動汽車。”
 
  現在,研究人員日益關注由鋰金屬制成的電池,因其儲能能力比鋰離子電池高得多。在鋰離子電池中,電解質支持電荷在電池的兩端之間通過,從而引發電化學反應將存儲的化學能轉化為電能。但是,這種傳統電解質由溶解在液體溶劑中的低濃度鹽制成,在金屬電池中無法有效地發揮作用。
 
  因此,愛達荷國家實驗室和太平洋西北部國家實驗室(Pacific Northwest National Laboratory)的研究人員設計了局部高濃度電解質來應對這一挑戰。這種電解質通過混合溶劑中的高濃度鹽與稀釋劑液體而制成,具有更好的流動性,可以維持電池功率。目前,這種新型電解質已在實驗室測試中顯示出富有前景的結果,但其工作原理和原因尚未完全明了,從而限制其有效性以及下一步開發。這就是新研究要幫助解決的問題。
 
  橡樹嶺國家實驗室高級研究人員Bin Li表示:“這項研究提供了統一的理論來解釋為什么這種電解質效果更好,關鍵性發現在于這種電解質內可以形成膠束狀結構,如同肥皂一樣。通過觀察可以看出,溶劑與稀釋劑和鹽結合在一起,可以發揮肥皂或表面活性劑的作用,從而將其自身包裹在膠束中心的較高濃度的鹽周圍。”
 
  在此基礎上,研究人員可以分析實現電池最佳反應所需的比例和濃度,從而幫助解決設計這種電解質的主要問題之一,即找到三種成分的適當平衡點。事實上,這項研究具有指導性作用,有助于使局部高濃度電解質發揮作用,甚至可以提高其效力。
 
  愛達荷國家實驗室的研究人員將這一理論付諸實踐,結果發現到目前為止這一理論是成立的,并且有助于延長鋰金屬電池的壽命。但是,該團隊認為在解決高密度電池的電解質設計瓶頸方面仍需進行深入探索。

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