科學家們?yōu)闃O端環(huán)境的鋰離子電池制定了前景

鋰離子電池是手機和其他電子產(chǎn)品的流行電源，但在極熱或極冷時會出現(xiàn)問題。萊斯大學實驗室已提出擴大其范圍的方法。

稻米材料科學家Pulickel Ajayan及其實驗室成員發(fā)表了一篇綜述，分析了鋰離子技術的最新進展，并建議如何使電池更適應具有挑戰(zhàn)性的條件。所審查的工作包括一些Ajayan及其團隊自身的開拓性努力，以擴展鋰離子電池的功能，這是便攜式電源存儲，是消費電子，軍事應用，電動汽車等的首選。

近年來有關鋰離子電池的負面新聞主要圍繞燃燒手機和吸煙飛機電池。但更常見的問題，如對電池壽命更長，充電速度更快的需求，是研究的主要推動因素。

賴斯博士后研究員Hemtej Gullapalli說：“我們努力尋找一篇同時討論所有問題以及所有個體成分在極端溫度下經(jīng)歷的論文，而我們找不到一篇。”該論文的作者。“所以我們相信這是一個調查這個領域的好機會。”

米蘭團隊最感興趣的是看電池如何在零下60到150攝氏度(零下76到302華氏度)的溫度下工作，因為他們知道目前的電池設計工作在接近室溫且溫度很窄的范圍內。最好的情況是，鋰離子電池傾向于熱操作或冷操作，這對于從炎熱的沙漠驅動到雪峰的電動汽車而言并不理想。

“在溫度限制條件下，人們并沒有那么刻意地看著，”古拉巴利說。他指出，當手機在寒冷或高溫下關機時會有多么令人沮喪，并說手機充電也會升高電池內部的溫度 - 這就是為什么手機永遠不會在熱車中充電的原因。

“大多數(shù)涉及電池和溫度的研究涉及管理系統(tǒng)：例如，如果手機在寒冷的溫度下使用，它們會減慢速度，以保護電池，”他說。“但我們在審查中發(fā)現(xiàn)，視角略有變化。為了制造從低溫到高溫工作的電池，科學家們必須從材料的角度來看材料對溫度的影響。”

電化學電池具有三個基本組件：負極，正極和導電電解質，其允許電子從一側移動到另一側，同時充電或排水。Gullapalli說，每種材料都有機會。

“人們做了很棒的工作，”他說。“他們幾乎觸及了整個元素周期表，所有的排列和組合都經(jīng)過了測試?，F(xiàn)在我們已進入工程階段，我們知道材料的局限性，我們正試圖打破障礙。”

萊斯團隊在商用電池中建立了標準和有前景的新材料的綜合圖，并詳細說明了每種元件的典型能量密度和溫度范圍。

“我們比較了材料相對于溫度范圍的穩(wěn)定性，”Ajayan說。“這將有助于研究人員根據(jù)自己的需求挑選所需的組合。”

研究人員寫道，目前鋰離子電池的性能需要妥協(xié)。例如，鉛酸和鎳氫等水基電解質的工作溫度僅為-50至50℃，而熔鹽電池僅在溫度高于90℃時才能正常工作。鋰亞硫酰氯電池的工作溫度在零下60到150℃之間。 ，但僅在20到55 C之間的高峰期。

“建立理想或接近理想的系統(tǒng)需要徹底了解微妙的機制，并用合適的替代方案替換每個違約組件，”Ajayan說。“環(huán)境條件下的微量成分在暴露于高溫時會改變整個電化學。”