電解液的可充電鈉金屬電池能量和功率密度較高

近年來(lái)，高能量電池頻頻發(fā)生事故或爆炸。采納可燃有機(jī)電解質(zhì)的可充電電池，在發(fā)生短路或熱失控時(shí)，很容易著火或爆炸?，F(xiàn)在隨著電池能量密度增高，對(duì)電池安全性的要求也更高。因此，人們迫切需求開(kāi)辟下一代電池系統(tǒng)。 據(jù)外媒報(bào)道，美國(guó)斯坦福大學(xué)的研究人員開(kāi)辟出一種氯鋁酸鹽離子液體電解質(zhì)。采納這種電解液的可充電鈉金屬電池能量和功率密度較高、循環(huán)壽命長(zhǎng)，具有良好的安全性。

這種電解液由氯化鋁/1-甲基-3-乙基咪唑氯/氯化鈉離子液體和兩種添加劑組成。在制備過(guò)程中，研究人員將無(wú)水AlCl3和[EMIm]Cl按1.5:1比例混合，形成室溫離子液體。然后用過(guò)量的NaCl緩沖至中性，接著添加1 wt % EtAlCl2和4 wt %[EMIm]FSI，制成最終的Na–Cl–IL電解質(zhì)。

通過(guò)熱重分析發(fā)現(xiàn)，這種離子液體具有良好的熱穩(wěn)定性，在400℃時(shí)，仍無(wú)明顯失重跡象。相比之下，一般 有機(jī)電解質(zhì)在132℃以上開(kāi)始快速減重。所以，這種離子液體電解質(zhì)具有非燃性，不易引起火災(zāi)，從而提高電池安全性。

另外，Na–Cl–IL電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率較高，在25°C達(dá)到9.2 mS/cm−1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出以往的離子液體電解質(zhì)，因此能量和功率密度也較高。其次，由于氯鋁酸鹽與Na的反應(yīng)和鈍化，固體電解質(zhì)界面膜(SEI)組分中含有獨(dú)特的AlOx和NaCl，有利于穩(wěn)定Na電鍍/剝離循環(huán)，使循環(huán)壽命超過(guò)700次，是所有報(bào)道過(guò)的離子液體電解質(zhì)電池中最長(zhǎng)的。

根據(jù)測(cè)試，采納這種電解質(zhì)的納金屬電池，電壓達(dá)到4V，庫(kù)侖效率高達(dá)99.9%，能量和功率密度分別為420 Wh/kg和1766 W/kg。經(jīng)過(guò)700次循環(huán)后，電池能保持90%以上的原始容量。研究人員表示，此次的研究結(jié)果對(duì)未來(lái)的電解液設(shè)計(jì)具有一定指導(dǎo)意義，不僅能提高鈉金屬電池的安全性和性能，而且有望應(yīng)用至其他類型的電池，如鋰電池和鉀電池。