未来的氟化物电池相比锂电池具有更高能量密度的能力

发布日期：2018-12-17 浏览次数：45

　　尽管锂离子电池在当前市场上占有席之地，但其他材料显示出未来可充电电池发展的前景。种这样的材料是氟化物 - 元素氟的带负电荷的形式或阴离子。在20世纪70年代，电池研究人员致力于制造固态可充电氟化物电池。使用固体组件，电池只能在高温下运行，这使得它们在日常使用中不实用。现在，来自加州理工学院和喷气推进实验室（由美国国航空航天局的加州理工学院管理）以及本田研究所和劳伦斯伯克利国实验室的组研究人员已经找到了如何使用液体组件在室内使用氟化物电池。

　　具有挑战性的工作

　　与商用锂离子电池化学品相比，“氟化物电池可以具有更高的能量密度，这意味着它们的寿命可能比现在使用的电池长8倍，”研究报告的共同作者，加州理工学院的Victor和伊丽莎白的Robert Grubbs说。阿特金斯化学教授，2005年诺贝尔化学奖获得者。“但氟化物可能具有挑战性，特别是因为它具有腐蚀性和反应性，”他在加州理工学院的新闻发布会上补充道。

　　电池由正电（称为阴）和负电（称为阳）组成，其由电解质隔开，电解质允许离子在电之间通过。在锂离子电池中，带正电的锂离子在电池充电时从阴到阳通过液体电解质，在放电期间电池使用时从阳回到阴。锂是元素周期表中具电正性的元素。它喜欢失去电子，因此在充电过程中提供它不需要的锂电子可以储存能量。

　　锂的相反

　　氟化物与锂相反，因为它是具电负性的元素 - 它想要获得电子。因此，从氟化物中夺走电子也能储存能量。与在锂离子电池的充电和放电期间穿过电池电之间的电解质的带正电的锂离子（阳离子）不同，它是带负电的氟阴离子，其在氟化物电池中传输电荷。

　　到目前为止，氟化物电池中使用的固体电解质需要超过300°F的温度才能进行离子传输。为了在室温下操作，离子传输需要在液体电解质中进行，如同锂离子电池样。但是氟化物的腐蚀性和反应性导致了已经尝试过的液体电解质的分解。新研究使用称为双（2,2,2-三氟乙基）醚或BTFE的电解液。发现该液体溶剂使氟离子保持稳定，使其在室温下在电池中来回穿梭电子。

　　异性相吸

　　该项目的研究人员之，现任普渡大学化学工程助理教授的加州理工学院博士后Brett Savoie解释了BTFE如何在普渡大学的新闻发布中发挥作用。“BTFE由几个化学基团组成，这些化学基团被安排给分子两个带正电荷的区域，这些区域与氟化物强烈相互作用，因为对立面会吸引，”他在普渡大学的文章中说。“模拟显示这些带电区域如何导致BTFE分子包围氟化物并在室温下溶解，”Savoie指出。“基于氟化物的电池电每个站点可以存储比典型的锂离子电更多的离子，这意味着该技术具有更高能量密度的能力。”

　　尽管建造室温氟化物电池是项突破，但该技术仍远未成为笔记本电脑，手机和电动汽车的实用能源。个问题是阴和阳电倾向于溶解到BTFE电解质中，限制了它们的寿命。该团队还希望扩大BTFE的电压和稳定性窗口，使其在较高电压下失效的可能性降低。与几乎所有的电池突破样，不要指望至少看到商业化版本十年。不过，当位诺贝尔奖得主预测未来的氟化物电池可能比现在的锂离子电池长八倍时，值得注意。

　　高编辑凯文克莱门斯30多年来直致力于关于能源，汽车和运输的主题。他拥有材料工程和环境教育硕士学位和机械工程博士学位，专攻空气动力学。他在他的工作室里建立了几个关于电动摩托车的陆地速度记录。