研究人員朝著新一代電池邁出了重要的一步

代爾夫特理工大學的研究人員與清華大學的研究人員合作，朝著新型鋰離子電池邁出了重要的一步，這種鋰離子電池可用于智能手機，筆記本電腦和電動汽車等。他們首次成功地制造出與鋰金屬陽極配合得很好的電解質。鋰金屬是陽極的圣杯。從理論上講，與目前的電池相比，這種材料可以實現兩到三倍的能量密度。

鋰離子電池由三部分組成：兩個電極，陽極和陰極，以及電解質。這是一種化學物質，鋰離子從一側流到另一側。一個典型的問題是，當鋰離子電池充電和放電時，電解液會緩慢但確實會分解。在此過程中，廢品積聚在電解質和電極之間的界面上，隨著時間的流逝，例如，每天需要為手機充電幾次。

當前，商用電池主要使用碳酸鹽作為電解質。這些是含有碳和氧的化合物。對于當前的鋰離子電池，它們可以正常工作。電解質的分解非常緩慢，使鋰離子電池可以使用多年。“但是，如果要提高電池的能量密度，則必須使用完全不同的材料，”研究負責人Marnix Wagemaker說。對于陽極來說，鋰金屬是圣杯。這是因為與如今的石墨制陽極相比，它可以存儲更多的鋰離子，石墨是在鉛筆尖中也可以找到的材料。鋰離子越多，能量密度越高，因此電池在耗盡之前會持續更長的時間。

從理論上講，帶有鋰金屬陽極的電池的鋰存儲容量比目前的電池高出十倍。問題是沒有好的電解質可用于帶有鋰金屬陽極的電池。目前，與鋰金屬陽極結合使用的電解質分解速度過快。代爾夫特理工大學的研究人員現已開發出一種基于另一種稱為酰胺的化合物的電解質。該電解質可與鋰金屬陽極配合使用，因此是邁向新一代鋰離子電池的重要一步。

新的電解液不能阻止電池內部發生的衰減。Wagemaker說：“與所有其他電解質一樣，我們的電解質會由于與電極的反應而分解。” “不同之處在于，這種腐蝕對我們的電解質有積極影響。電極與新電解質之間形成的廢品實際上具有保護作用。所形成的層阻止了進一步的有害反應的發生。此外，層使離子易于通過，從而確保電池在很長一段時間內繼續正常工作。它仍在衰減，但是以非常受控的方式進行。”

電解質可以由許多不同數量的不同物質組成，因此研究人員面臨的主要挑戰是找到正確的化學混合物。新型電解質的配方得益于先進的計算方法(基于量子力學定律)和Wagemaker所謂的“化學直覺”的結合。

研究人員解釋說：“我們知道酰胺很可能會引發反應，從而形成這種保護層。” “通過我們的理論計算，我們能夠進一步預測什么是功能良好的雞尾酒。”