咨询电话:021-58952328
Angew. Chem. :基于非范德华电解质构建的新型金属空气电池本征安全且高可靠2024-02-25
电解质的热稳定特性是决定电池安全性的重要因素。在锂离子电池中广泛采用的液态有机电解质,在高于溶剂的沸点温度下会汽化导致电池体积产生膨胀,在更高的温度下有可能产生热失控引起电池自燃或者爆炸。虽然采用水系电解质可以降低燃烧或者爆炸的风险,但是水的低沸点(约100℃)限制了电池的耐热温度上限。进一步,如果采用固态电解质,其热降解温度有望提高到300℃以上,但依旧远远低于生活中常见的火的温度(高于500℃)。

近日,新加坡南洋理工大学陈晓东教授领衔的科研团队提出非范德华电解质的概念,利用吸湿性溶质实现的非范德华Solute-in-Air电解质在631.8℃燃烧后依旧能够正常工作。当把Solute-in-Air电解质应用到金属空气(Metal-Air)电池中,所构造的双空原电池(Dual-Air Primary Battery)在燃烧失去水分而失效后,在室温下能够自发从空气中吸收大量水分实现自我修复,修复后的电池能够继续放电,从而实现耐火的金属空气电池。这一类电池,不仅本征安全(烧不着),也高可靠(烧不坏);高温仅仅使得电池失去水分而处于“休眠”状态,“休眠”的电池会在室温下自发从空气中吸收水分而重新恢复活力。

1
研究发现,加热液态电解质,其分解过程包括两个步骤:较低温度下的溶剂蒸发和较高温度下的溶质分解,它们分别破坏了溶剂分子间作用力和溶质分子内作用力。采用强吸湿性溶质,使得水的蒸发过程可逆,从而能够将电解质的耐热温度从溶剂的沸点提高到溶质的热解温度。这种耐热温度由分子内相互作用决定的Solute-in-Air电解质,被定义为非范德华电解质。

2
将非范德华Solute-in-Air电解质引入到Metal-Air电池中,所构建的Dual-Air原电池,在631.8℃燃烧失效后,通过自发从空气中吸收水分实现自我修复,修复后的Dual-Air电池仍然能够继续放电。进一步,Daul-Air可充电电池,在400℃加热失效后,通过电解质的自我修复,仍然能够继续充放电。

3
除了本征安全(烧不着)和高可靠性(烧不坏),利用Solute-in-Air构造的Dual-Air电池有望进一步降低Metal-Air电池的平均重量,实现更高的能量密度(比能量)。Metal-Air电池被认为是能量密度最高的储能系统,其中的Li-Air电池更是被看作电池的“圣杯”,代表了能量密度的上限。然而,Dual-Air电池的发明,很可能在未来打破这一限制,实现更高能量密度的Li-Based Dual-Air电池。

4
文信息

Hygroscopic Solutes Enable Non-van der Waals Electrolytes for Fire-Tolerant Dual-Air Batteries

Dr. Huarong Xia, Dr. Shengkai Cao, Dr. Zhisheng Lv, Dr. Jiaqi Wei, Song Yuan, Prof. Xue Feng, Prof. Xiaodong Chen

文章的第一作者是南洋理工大学的夏华荣博士。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202318369

最新产品
园区介绍