據(jù)外媒報(bào)道稱，萊斯大學(xué)（Rice University）的一個科學(xué)家小組使用粘土，似乎已經(jīng)解決了可充電鋰離子電池在惡劣環(huán)境中的使用問題。
該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，他們研發(fā)的該新型鋰離子電池，在溫度高達(dá)248°F（120°C）的環(huán)境下，仍能提供穩(wěn)定的電能。
這一發(fā)現(xiàn)是通過將性能活躍的膨潤土和室溫下的離子液體作為分離劑和電解液，從而形成電池正負(fù)極回路。
“粘土天然包含有很多的水分，但把它作為超級電容器，這并不是個問題”，這項(xiàng)新研究課題的主要作者，研究生Kaushik Kalaga表示，“但電池中必須有含鋰離子的電解液，當(dāng)你充放電時鋰離子能在電池的正負(fù)極間傳導(dǎo)”。
“鋰與水反應(yīng)劇烈，所以我們的首要挑戰(zhàn)是去除粘土中的水的同時保持其結(jié)構(gòu)的完整性”，他補(bǔ)充道。
萊斯大學(xué)發(fā)明的能夠在高溫環(huán)境中使用的粘土-鋰離子電池
圖片來源：Jeff Fitlow
Kalaga和他的團(tuán)隊(duì)將黏土在1200°F（649°C）的高溫下，烘焙1小時使其脫水。然后在無氧手套箱中，將室溫狀態(tài)下的離子液體和鋰鹽混合摻入粘土。這種液化鹽可作為鋰離子的一種形式，在電解質(zhì)中在電極間傳導(dǎo)。
之后，研究人員逐步擴(kuò)大研究范圍，把這形似花生醬一般的物質(zhì)，與鋰電極一起封裝在硬幣形狀的電池組里，在不同的溫度狀態(tài)下進(jìn)行測試。
通常情況下，由于低沸點(diǎn)的特性，用于電池的有機(jī)電解質(zhì)不能在超過140°F（60°C）的環(huán)境中使用。根據(jù)該團(tuán)隊(duì)所述，因?yàn)槌^176°F（80°C）時電解質(zhì)產(chǎn)生的蒸汽會引發(fā)爆炸。
現(xiàn)有可以在高溫下使用的是固態(tài)電解質(zhì)電池，但是因電解質(zhì)不能與電極很好的連接，從而阻礙了電池性能。
研究人員發(fā)明的復(fù)合型電解質(zhì)擁有堅(jiān)韌且傳導(dǎo)性強(qiáng)的特征，能為電極提供最大化的表面積，讓電流流動穩(wěn)定。
該電池組能以穩(wěn)定的3伏電壓和超過120次的充放電周期，在高溫下傳輸電流。其兼具固體電解質(zhì)的熱穩(wěn)定性和液體電解質(zhì)的潤濕特性，這可令電極之間擁有有良好的接觸。電壓窗口是指電極穩(wěn)定和無化學(xué)降解的范圍。
電池組能以穩(wěn)定的3伏電壓和超過120個充放電周期，在高溫下傳輸電流。
圖片來源： Kaushik Malaga
科學(xué)家們表示，這種粘土-鋰離子電解質(zhì)/分離劑電池，在高達(dá)250°F（121°C）的高溫環(huán)境中，仍可以表現(xiàn)出超過120個充放電周期的強(qiáng)勁性能。
這種電池在越高的溫度環(huán)境中，性能會變得更好。他們未來可在航空、國防、石油和天然氣等領(lǐng)域獲得一席之地。
“有很多應(yīng)用中，需要儲能設(shè)備在極端環(huán)境中工作，而且需要在材料領(lǐng)域，尤其是電解質(zhì)方面進(jìn)行革新，來擴(kuò)大操作條件的窗口”，這項(xiàng)研究的合作者Pulickel Ajayan表示，“我們的實(shí)驗(yàn)室正處在該領(lǐng)域的發(fā)明前沿”。（上海有色網(wǎng) 許輝/譯）
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