研究人员已经开发了一种基于新型纳米结构合金的电池阳极。以锌和锰为基础的合金进一步打开了一扇门,用一种更安全、更便宜、含量更丰富的物质——海水来取代电池电解质中常用的溶剂。

电池以化学能的形式储存能量,并通过反应将其转化为为汽车、手机、笔记本电脑和许多其他设备和机器提供动力所需的电能。电池由两个终端组成——阳极和阴极,通常由不同的材料制成——以及隔膜和电解质,一种允许电荷流动的化学介质。

顾名思义,在锂离子电池中,锂离子通过电解液从阳极移动到阴极,再在充电时移动回来,从而携带电荷。锂离子电池中的电解质通常溶解在有机溶剂中,而有机溶剂是易燃的,经常在高工作电压下分解。因此,在电极-电解液界面生长锂枝晶可能会导致电极之间的短路,存在安全问题。树突就像生长在锂离子电池内的小树,可以刺穿隔膜,就像长在车道缝隙中的蓟一样。结果是不必要的,有时是不安全的化学反应。

含水电池是安全且可扩展的能量储存的有希望的替代品。水性电解质是成本竞争力的,环境良好的,能够快速充电和高功率密度,以及误操作的高度耐受性。然而,它们的大规模使用已经受到限制的输出电压和低能量密度(能量密度较高的电池可以存储较大量的能量,而具有更高功率密度的电池可以更快地释放大量的能量).

新阳极由三维“锌-M合金”组成,作为电池阳极(M指锰等金属)。使用具有特殊纳米结构的合金不仅通过控制表面反应热力学和反应动力学来抑制枝晶的形成,而且在恶劣的电化学条件下表现出超高的稳定性。锌的使用可以传递两倍于锂的电荷,从而提高电池的能量密度。

研究小组利用x射线吸收光谱和成像技术跟踪了阳极在不同运行阶段的原子和化学变化,从而确认了3D合金在电池中的功能。这一概念可能会影响高性能合金阳极的设计,用于水和非水电池。

如需了解更多信息,请联系冯振兴此电子邮件地址正受到垃圾邮件程序的保护。您需要启用JavaScript才能查看它。;541-737-0508。


电池技术杂志

本文首先出现在5月,2021号问题电池技术杂志。

阅读更多本期文章在这里

阅读档案中的更多文章在这里