一般来说,选择电解质时会使用一种基于经验法则的试错法,与几种电解质特性相关,然后对几种候选电解质进行详尽(且耗时)的测试,以确定是否其达到了预期的性能。

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据外媒报道,由于金属空气电池具备绝佳的重量能量密度,一直被认为是锂离子电池的“继承者”,金属空气电池有潜力让电动汽车的续航里程达到1000英里或更长。而钾空气电池是碱金属空气电池家族中非常有前景的一种新成员,理论上,其重量能量密度是锂离子电池的三倍多。而设计钾空气电池遇到的关键挑战之一就是需要选择合适的电解质,此类液体可以促进粒子在电池阳极和阴极之间转移,从而提供电力。

一般来说,选择电解质时会使用一种基于经验法则的试错法,与几种电解质特性相关,然后对几种候选电解质进行详尽(且耗时)的测试,以确定是否其达到了预期的性能。

美国华盛顿大学(圣路易斯)的研究人员在Vijay Ramani的带领下,展示了如何通过一个简单、易于测量的参数为碱金属空气电池选择电解质。Vijay Ramani是McKelvey工程学院环境&能源的Roma B. 和Raymond H. Wittcoff特聘教授。

Ramani的团队研究了电解质中盐和溶剂之间的基本相互作用,并展示此类作用如何影响电池的整体性能。他们研发出一个新参数,即“电化学”蒂勒模数(衡量离子在电极表面传输和反应容易程度的指标)。此外,本次研究还首次应用了诺贝尔奖得主Marcus-Hush的电子转移理论,研究离子在电解质中的运动,以及它们在电极表面反应所造成的影响。

随着溶剂重组能的不断增加,蒂勒模量成倍地下降。重组能是一种修正溶剂化球体所需能量的量度。因此,溶剂重组能可用于为高性能金属空气电池选择合适的电解质,无需其他试错工作。

Ramani团队的研究科学家Shrihari Sankarasubramanian表示:“一开始,我们试图更好地了解电解质对金属空气电池系统中氧化还原反应的影响,最终展示了离子如何在电解质中扩散,以及此类离子在电极表面的反应如何,而此类信息与打破溶解的离子周围溶剂化壳所需的能量有关。用一个参数描述溶剂化能与离子输运和表面反应动力学的关系是一个突破性的进展,使我们能够合理地开发用于金属空气电池的新型高性能电解质。”

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