研究人员开发有机基固态电池正极材料 可使能量

格仕汽车新闻？现在只有 2% 的汽车是电气化的。但预计到2030年这一比例将提高到30%。推动电动汽车商业化的关键在于使用更安全、易于回收的材料，同时提高电池的能量密度。

（图片来源：休斯顿大学）

据外媒报道，该大学休斯顿凯伦工程学院教授姚彦和休斯敦大学博士后张继博以及莱斯大学（Rice University）的研究人员共同迎接这一挑战。研究团队证明，通过溶剂辅助过程改变电极微观结构可以使有机基固态锂电池的能量密度增加一倍。

一般情况下，电池容量和电压是由正极决定的。由于使用了钴等稀有材料，正极成为电池中最昂贵的部分。然而，由于其优异的性能，钴基正极几乎全部用于固态电池。最近，基于有机化合物的锂电池 (OBEM-Li) 已成为一种更丰富、更清洁且更易于回收的替代品。

研究人员表示：“我们正在开发低成本、地壳储量丰富、不含钴的有机基固态电池正极材料。这样的电池将不再需要使用稀有过渡金属. 在这项工作中，我们展示了制造高能量密度锂电池的可能性。我们使用从炼油厂或生物炼油厂获得的有机材料来代替过渡金属基正极。这些有机材料具有丰富的生产能力。”

钴基正极可产生800 Wh/kg的材料级比能量。然而，由有机材料制成的 OBEM-Li 电池的能量密度是有限的。研究团队发现，这是因为之前的OBEM-Li电池正极微观结构不理想，只能使用低质量的活性材料，影响了总能量。密度。

通过优化正极的微观结构，可以改善正极中的离子传输，从而提高OBEM-Li电池的能量密度。为此，科学家们使用了由芘-4,5,9,10-四酮 (PTO) 有机材料制成的正极，并使用乙醇作为溶剂来改变其微观结构。张说：“钴基正极因其理想的微观结构而普遍受到欢迎。然而，在有机基固态电池中，形成理想的微观结构更具挑战性。”

在电极层面由于活性材料的利用率显着提高，溶剂辅助微结构的能量密度可以达到300 Wh/kg。相比之下，干混微结构的能量密度略低于 180 Wh/kg。过去虽然可以增加活性物质的数量，但利用率仍然很低，只有接近50%。通过这项研究，其利用率可以提高到98%，能量密度也相应提高。

研究人员表示：“PTO可以氧化硫化物电解液。我们研究了正极-固体电解液界面的化学成分、空间分布和电化学可逆性，找到了解释为什么电池能够保持良好循环状态的线索没有容量下降。”这项研究将在促进更可持续的电动汽车的发展方面发挥重要作用。

文章来源：《功能材料与器件学报》 网址: http://www.gnclyqjxb.cn/zonghexinwen/2021/0627/1073.html