研究人员报告说更强的锂电池可能需要更弱的溶剂化结构
锂电池为我们的手机、电脑、许多汽车等提供动力——甚至包括电钻和除草机。但随着技术的进步，它们能跟上当前的格式吗?不，但根据香港理工大学研究人员的一篇新评论论文，有一条前进的道路，即进一步开发允许能量存储和放电的电解质。
该团队于 2023 年 9 月 18 日在Energy Materials and Devices上发表了他们的研究成果。
“锂电池彻底改变了我们的现代生活，”第一作者、香港理工大学应用物理系兼智能能源研究所博士后研究员王志杰说。“锂电池的性能——包括能量密度、寿命、安全性等——在很大程度上取决于电解质的配方和微观结构。”
锂电池主要由两个集电器、带负电的电极、带正电的电极、电解质和隔膜组成。电解质携带带正电的锂离子从带正电的电极通过隔膜到达另一个电极，并携带带负电的离子到另一个方向。当锂离子穿过电解质时，阳极收集自由电子，从而在一个集电器处产生正电荷。该正电流放电为设备供电，流经电池并作为负电流返回电池。
电解质最常见的是极性溶剂中的锂盐溶液，或者是一种利用其组成分子形状产生的微小电荷来溶解盐并释放锂离子的物质。在常规电解液中，锂离子与盐阴离子分离;近年来开发的(局部)高浓度电解液中，盐阴离子与锂离子溶剂化，在提高电池性能方面具有独特的功能。
然而，王说，三年前首次提出用于此用途的一种称为弱溶剂化电解质的类型可能为更强大的电池提供了一条途径。在这种类型的电解质中，锂离子与溶剂分子弱配位，并且它们还与带负电的盐阴离子配位。
“这种结构可以在相对稀的盐浓度下获得，并且无需使用非溶剂化稀释剂，”王说。“这使得它不同于传统电解质和(局部)高浓度电解质。它可以提高锂电池的低温、快充、安全和循环性能，因此近年来引起了人们的广泛研究兴趣。”
在这项研究中，王和通讯作者张彪审查了最近关于弱溶剂化电解质的研究论文，得出的结论是缺乏基本的设计原理和未来的研究方向。张教授是香港理工大学应用物理系及智慧能源研究所副教授。
“我们从现有文献中发现，构建弱溶剂化电解质的关键是在锂离子与溶剂和阴离子的相互作用之间建立平衡，”王说。“我们还确定弱溶剂化电解质的设计概念可以扩展到其他电池，例如由钠、钾、镁或锌制成的系统。”
研究人员还建议，该领域未来的工作应侧重于简化合成程序、提高产量并降低电解质成分的成本。
“本文的目的是促进研究界和工业界对新兴弱溶剂化电解质的功能、设计原理和最新研究进展的理解，”王说。“我们希望我们的见解有助于开发具有强大性能的下一代锂电池，从而提高其在电源市场的份额，特别是在电动汽车领域。”
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