蓋世汽車訊 現(xiàn)在只有2%的汽車實(shí)現(xiàn)了電動化。然而，預(yù)計(jì)到2030年這一比例將增長至30%。推動電動汽車商業(yè)化的關(guān)鍵在于使用更安全、易回收的材料，同時提高電池能量密度。

（圖片來源：休斯頓大學(xué)）

據(jù)外媒報(bào)道，休斯頓大學(xué)（University of Houston）卡倫工程學(xué)院教授Yan Yao、休斯頓大學(xué)博士后Jibo Zhang，與萊斯大學(xué)（Rice University）的研究人員共同迎接這一挑戰(zhàn)。研究團(tuán)隊(duì)證明，通過溶劑輔助過程來改變電極微結(jié)構(gòu)，可以將有機(jī)基固態(tài)鋰電池的能量密度提高至以前的兩倍。

通常情況下，電池的容量和電壓由正極決定。由于使用了鈷等稀有材料，正極成為電池中最為昂貴的部分。但是，因其具有優(yōu)異的性能，固態(tài)電池中幾乎完全采用鈷基正極。最近，基于有機(jī)化合物的鋰電池（OBEM-Li）才成為一種更豐富、更清潔、更易于回收的替代品。

研究人員表示：“我們正在開發(fā)低成本、地殼儲量豐富、無鈷的有機(jī)基固態(tài)電池正極材料，這種電池將不再需要使用稀有過渡金屬。在這項(xiàng)工作中，我們展示了制造高能量密度鋰電池的可能性。我們使用從煉油廠或生物精煉廠獲得的有機(jī)材料，代替基于過渡金屬的正極。這些有機(jī)材料的產(chǎn)能都很豐富。”

鈷基正極可以產(chǎn)生800 Wh/kg的材料級比能。然而，由有機(jī)材料制成的OBEM-Li電池能量密度有限，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這是因?yàn)橹癘BEM-Li電池的正極微結(jié)構(gòu)不理想，只能使用低質(zhì)量分率的活性材料，從而影響總能量密度。

通過優(yōu)化正極微結(jié)構(gòu)，可以改善正極內(nèi)的離子傳輸，從而提高OBEM-Li電池的能量密度?？茖W(xué)家們?yōu)榇耸褂昧擞绍?4,5,9,10-四酮（PTO）有機(jī)材料制成的正極，并以乙醇為溶劑來改變其微觀結(jié)構(gòu)。Zhang表示：“鈷基正極通常很受歡迎，因其具有非常理想的微結(jié)構(gòu)。然而，在有機(jī)基固態(tài)電池中，要形成理想的微結(jié)構(gòu)，更具挑戰(zhàn)性?！?/p>

在電極層面上，因?yàn)轱@著提高了活性材料的利用率，溶劑輔助微結(jié)構(gòu)的能量密度可達(dá)到300 Wh/kg。相比之下，干混合微結(jié)構(gòu)的能量密度略低于180 Wh/kg。以前雖然可以增加活性物質(zhì)的數(shù)量，但利用率仍然很低，僅接近50%。通過此項(xiàng)研究，其利用率可提高至98%，能量密度也隨之提高。

研究人員表示：“PTO能夠氧化硫化物電解質(zhì)。我們研究了正極-固體電解質(zhì)界面的化學(xué)成分、空間分布和電化學(xué)可逆性，從中找到線索，以解釋電池為什么可以保持良好循環(huán)狀態(tài)，而不出現(xiàn)容量衰減。”對于推動更可持續(xù)性電動汽車的發(fā)展，這項(xiàng)研究將起到重要作用。

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