@ 2018.12.14 , 18:00

新型「阴极」电池 充一次电用一周

新型「阴极」电池 充一次电用一周

一块体面的电池应该对自己有所要求。如果只能在接近烤箱温度的环境下才能“正常”使用,那这种新型电池无疑就是令人尴尬的发明。

几十年来,作为锂离子电池的潜在竞争对手,氟电池一直处于观察待用的状态。如果不是因为需要在超过150摄氏度的温度下烘烤,那么它可能已经处在了领跑的地位。现在,看起来电池产业即将发生变革。

“氟电池具有更高的能量密度,这意味着它们可以使用更长时间——比现有的电池长8倍。”加州理工学院的研究员罗伯特·格拉布斯说道。如果这个名字你有点耳熟,提示一下,他在2005年获得了诺贝尔化学奖。

这意味着,在未来我们每周只需给手机充一次电,而不像现在需要天天充。或者,如果你更喜欢无人机一类的小玩意,那么新型电池就意味着更轻的重量。

锂电池使用带正电的锂“Li2 +”阳离子作为一种化学“活塞”,通过电路吸收电子。

充电时正极的Li+和电解液中的Li+向负极聚集,得到电子,被还原成Li镶嵌在负极的碳素材料中。放电时镶嵌在负极碳素材料中的Li失去电子,进入电解液,电解液内的Li+向正极移动。

当然,这一过程也可以逆运行:诸如氟(F-)的阴离子通过吸引正电荷也能产生电压。

事实上,由于氟离子的电荷数量较少,它们在某些方面更为优越。

“要想得到高电量的电池,你需要转移更多的电荷,”美国宇航局喷气推进实验室研究员西蒙·琼斯说,“大量移动多电荷的金属阳离子十分的困难,而大量转移只带几个电荷的阴离子则很容易实现。”

原理类似于物流快递:一名快递员运送一条路线上所有的快件和多名快递员分工递送所有的快递。

因此,基于阴离子的技术理论上可以制造出更好的电池。自20世纪70年代以来,氟因其足够小的原子量,成为了受人关注的候选者。

“但氟化物也有自身的问题,特别是它具有腐蚀性和反应活性。”格拉布斯说。

这并不是说还没有人成功制造出过功能性的氟离子电池,只是为了使用这种电池需要事先将其放到超过150摄氏度的环境里烘烤一下。

为了解决这一令人尴尬的问题,加州理工学院的研究人员把宝压在了一种名叫双(2,2,2-三氟乙基)醚(或简称BTFE)的电解质溶剂上。

BTFE允许氟化物的阴离子在室温下正常移动于两极之间,该团队测试了各种添加剂配方以提高其性能。

最终得到了一种稳定的、允许高导电性、并且可以承受各种电压下的电解质材料。

“我们的研究才刚刚起步,但它是第一款可在室温下正常工作的可充电氟化物电池。”琼斯说道。

好吧,看来我们还要等一段时间才能用到超长待机的电池,但现在无疑是个令人兴奋的美好开局——我们等待着这项激动人心的技术进入市场。

该研究被发表在Science上。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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