新能源汽车电池最新进展:铝锂合金诱导的可充电金属锂电池

受制于离子型锂电池的蓄电量和安全性,目前的新能源电动汽车在市场上却并不是很受欢迎。与各种利好的政策和铺天盖地的宣传相比,新能源电动汽车的市场普及率就略显尴尬。究其原因,无非就是电动汽车电池的安全性和续航能力。电池的续航能力和安全性解决,新能源汽车的市场普及率毫无疑问将大大提高。

    新能源汽车

    具有大蓄电量和高功率的可充电电池,是目前新能源汽车电池领域的热点。可充电的金属锂电池由于金属Li(锂)具有高的理论比能量(3860Ah/Kg),低密度(0.59Kg/立方米),和最低的还原电位等特性,一直被当作是具有广阔的应用前景的电池技术,不仅可以用在新能源汽车领域,在储能电网方面也具有广泛的应用价值。但是同时,锂金属电极是所有类型的电池阳极材料中危险性最大的材料,这种危险性主要来源于金属Li(锂)存在着非常巨大的体积变化和不平衡的锂金属沉积,导致内部短路,进而引起电池内部起火和其他危险事件。与此同时,在放电过程中,生成的氧化锂会在锂金属电极表面堆积形成一层膜包裹住锂电极,阻止Li(锂)电极与电解液接触而断电,导致电池效率降低,使用时间缩短,这也阻碍了锂金属在可充电电池中的应用。因此,怎样保护金属Li(锂)电极一直是锂电池研究的热点问题。

    锂电池

    最近,最新一期的《德国应用化学》报道了中国科学院化学研究所郭玉国团队和华中农业大学曹菲菲团队合作的利用铝锂合金介质诱导的金属锂电池,不仅保证了金属锂电池的安全性和循环稳定性,还能补充电池使用过程中消耗的锂金属,从而延长了金属锂电池的使用寿命。

    德国应用化学刊发截图

    他们首先制得了由纳米铝包覆的具有三维结构的纳米铜流体,用这种纳米复合结构来保证金属Li在立体的电极内部沉积均匀,平衡溶解。实验结果表明,当采用纳米铝包覆的三维纳米铜箔来引导金属Li沉积之时,金属Li会在原来的位置优先和铝发生合金化反应形成亲锂的锂铝合金层,然后这层铝锂合金层将作为锂的成核位点,诱导金属Li(锂)向四周呈球状生长,均匀沉积,从而提高电池的安全性能。另外,在金属锂电池的充电放电循环过程中,金属Li(锂)或多或少会被消耗,这个时候,锂铝合金中储存的Li(锂)会被慢慢地释放出来补充被消耗的锂金属,从而保证了金属Li(锂)在循环使用过程中的量的平衡。这种情况下,金属Li电极表现出比寻常金属锂电池的循环使用寿命。

    电池示意图

    虽然目前还只是研究阶段,但是这一方法是金属锂电池技术的重大突破,不仅对于金属锂电池,还为其他的金属电池提供了不一样的发展思路。相信不久的将来,更安全,续航更长的电池将应用在新能源汽车上,新能源汽车产业将蓬勃发展,为环保事业做出贡献。


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