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研究人员开发出储存电量为当前电池的6倍的新型可充电电池

来源:充电电池 | 作者:ycybattery | 发布时间: 2021-10-18 | 101 次浏览 | 分享到:

据外媒报道,由斯坦福大学(Stanford University)领导的一个国际研究小组开发出新型可充电电池,其可储存的电量是当前电池的6倍。该研究将加速可充电电池的应用,并使电池研究人员不断实现该领域的目标:打造出一种高性能的可充电电池,可以使手机每周只需充电一次,使电动汽车的续航里程提高6倍。

 

该新型电池名为碱金属氯电池,由斯坦福大学化学教授Hongjie Dai和博士生Guanzhou Zhu领导的研究小组基于氯化钠(Na/Cl2)或氯化锂(Li/Cl2)到氯的来回化学转换开发得出。当电子从可充电电池的一侧移动到另一侧时,可充电电池会将化学物质恢复到其原始状态以等待再次使用。但不可充电电池的电量用完后,其化学物质就无法恢复。

 

Dai表示:“可充电电池有点像摇椅。它会朝一个方向倾斜,但当你充电时又会变得摇摆不定。而新型可充电电池就像一把高摇椅。”

 

至今还没有人研制出高性能可充电钠-氯或锂-氯电池,因为氯的反应性太强,难以高效地转化回氯化物。尽管部分电池可以实现一定程度的可充电,但性能也很差。

 

事实上,Dai和Zhu一开始没有打算制造可充电的钠-氯电池和锂-氯电池,只是为了使用亚硫酰氯改进现有的电池技术。亚硫酰氯是锂亚硫酰氯电池的主要成分之一,而锂亚硫酰氯电池是20世纪70年代首次发明的一种一次性电池。

 

但在早期的一项涉及氯和氯化钠的实验中,斯坦福大学的研究人员注意到,一种化学物质向另一种化学物质的转化可以稳定下来,从而实现部分可充电性。Dai称:“我认为这不可能,但我们至少花了一年时间才真正意识到发生了什么。”

 

之后几年里,该团队阐明了该可逆化学物质,并通过对电池正极的许多不同材料进行试验,寻找提高其效率的方法。通过使用台湾中正大学(National Chung Cheng University of Taiwan)的Yuan-Yao Li教授和他的学生Hung-Chun Tai的先进多孔碳材料形成电极时,研究人员取得了重大突破。该碳材料具有纳米球结构,且充满许多超细孔。在实践中,这些空心球就像一块海绵,吸收了大量原本敏感的氯分子,并将它们储存起来,随后在微孔内转化为盐。

 

Zhu解释道:“当电池充电时,氯分子被困在碳纳米球的微孔中并受到保护,然后当电池需要排空或放电时,我们可以将电池放电并将氯转化为NaCl,也就食盐,并在多次循环中重复这个过程。目前,我们最多可以循环200次,但仍有改进的空间。”

 

该结果是电池设计在高能量密度方面再次取得进展。迄今为止,研究人员已实现正极材料比容量为1,200毫安时每克,而当前商用锂离子电池的容量为200毫安时每克。”

 

研究人员预测该电池将会用于无法频繁充电的场景,例如卫星或远程传感器。许多卫星由于电池没电而漂浮在轨道上。但配备长寿命可充电电池的未来卫星可以配备太阳能充电器,从而多次扩展其实用性。不过就目前而言,他们开发的工作原型可能仍适用于小型日常电子产品,如助听器或遥控器。对于消费电子产品或电动汽车,在设计电池结构、增加能量密度、扩大电池规模和增加循环次数方面还有很多工作要做。

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