来自东北大学和加州大学洛杉矶分校(UCLA)的联合研究小组,在使用小有机分子交织酸的高压无金属锂离子电池方面取得了重大进展。这一突破使我们更接近于实现无金属,高能量和廉价的锂离子电池。
与依赖钴和锂等稀土材料的传统锂离子电池不同,有机电池利用天然丰富的元素,如碳,氢,氮和氧。
此外,有机电池具有比传统锂离子电池更大的理论容量,因为它们使用有机材料使它们轻巧。然而,迄今为止,大多数报道的有机电池都具有相对较低的(1-3V)工作电压。增加有机电池的电压将导致更高的能量密度电池。
东北大学先进材料多学科研究所化学教授 Itaru Honma,东北大学化学助理教授 Hiroaki Kobayashi 和加州大学洛杉矶分校研究生 Yuto Katsuyama 发现,当用作锂离子电池正极材料时,番红酸保持约4 V的强大工作电压。
番红花酸有五个碳原子以五边形形式相互键合,每个碳都与氧键合。它还具有638.6 mAh/g的高理论容量,远高于传统的锂离子电池正极材料(LiCoO2~140 mAh/g)。
东北大学化学助理教授 Hiroaki Kobayashi 说:“我们使用理论计算和电化学实验研究了番红花酸在3 V以上高压范围内的电化学行为我们发现番红酸将锂离子储存在大约4 V,给出非常高的理论能量密度1949 Wh / kg,这比大多数无机和有机锂离子电池都要大。“
虽然本研究没有达到理论能力,但研究人员乐观地认为,通过在高压下开发稳定的电解质和对番红花酸进行化学修饰,可以增强这一能力。
由于大多数电解质不能承受如此强的交汇酸工作电压,因此开发新的电解质至关重要。此外,包括番红花酸在内的小有机分子的结构可以很容易地被修饰。适当的结构修饰可以稳定分子,从而产生更大的容量和可逆性。
体积能量密度是指给定体积内可以包含的能量。增加电池的体积能量密度允许电动汽车(EV)在不增加电池组尺寸的情况下进一步行驶。
相反,它可以允许电动汽车使用较小的电池组行驶相同的距离,从而节省空间,重量和制造成本。
鉴于提高电动汽车电池能量密度的巨大好处,能源部和私营企业在电池开发方面进行了大量投资,取得了可观的收益。
2008年,锂离子电池的体积能量密度为每升55瓦时;到2020年,这一数字已增加到每升450瓦时。