研究负责人、伊利诺伊大学的威廉姆·金教授表示:“阴极和阳极距离非常近,使得位于电池两极用来发生反应的离子和电子不需要行进很远,因此能更快

研究负责人、伊利诺伊大学的威廉姆·金教授表示:“阴极和阳极距离非常近,使得位于电池两极用来发生反应的离子和电子不需要行进很远,因此能更快产生能量。而且,最新技术可以扩展,可以将电池做得比较大。”

金指出,尽管智能手机和其他电子设备已从微电子学受益良多,但电池领域的进展却伐善可陈,最新研究改变了这一现状。同样功能的新电池的“个头”仅为原电池的十分之一,新电池可用在汽车内。

其他电池专家对新研究乐见其成,但他们也担心,安全问题或许会成为其市场化的“绊脚石”。

英国剑桥大学化学系的克莱尔·格雷教授表示:“挑战在于制造出一个足够稳固的微电池阵列,通过一个成本低廉且可不断扩大的过程,使整个电池阵列不出现一次短路。”牛津大学无机化学和能源领域的专家皮特·爱德华兹也指出:“最新研究证明了我们可以获得很高的能量密度,但问题在于如何扩大规模以便进行工业化生产,同时找到更简单的制造方法并解决安全问题。我并不知道这种微电池是否容易自燃,钴酸锂电池就存在这一问题。”

金承认,因为目前使用的液体容易自燃,安全问题确实存在。他表示,测试设备使用的液体很少,这就使发生爆炸的危险微乎其微,但如果电池被做得很大,危险可能会随之增加。但他计划改用更安全的聚合物电解液来解决这个问题,希望今年年底前,该技术能够实现为电子设备和汽车供电。

研究使用离子液体作为碳前驱体修饰电极材料

Li4Ti5O12作为锂离子电池的负极材料,主要缺点在于电子电导能力太差,纯Li4Ti5O12的电导率小于10-13 S/cm,锂离子扩散系数只有10-9 –10-13 cm2 s-1,导致倍率性能不佳,从而限制了其在锂离子电池中的应用。因此研究者们从降低Li4Ti5O12颗粒尺寸和表面包覆两方面来对Li4Ti5O12进行改性。降低颗粒才尺寸能够缩短锂离子的扩散距离,因此电极材料的电化学活性或倍率性能可以得到提高;表面包覆能够提高表面电导率,促进电极材料间的接触。目前报道的对Li4Ti5O12表面包覆的方法虽然能够提高倍率性能,但是大多数方法过程复杂或者需要在高温条件下才能实现(>600 ℃)。

最近,中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室胡勇胜课题组首次使用离子液体作为碳的前驱体,对多孔Li4Ti5O12的进行表面包覆。与传统的固态碳源前驱体相比,离子液体由于具有流动性质更容易深入多孔材料中,而且在较低的蒸汽压下,裂解温度范围较宽 (400-1000 ℃),也不伴随快速的溶剂蒸发,这些都有利于在颗粒表面形成均匀的包覆薄层。此外,通过选择不同类型的离子液体还可以调节包覆层的组成。因此使用离子液体作为前驱体,对于调节包覆层和表界面的组成和性质方面具有明显的优势,这一点对于材料的设计和优化尤为重要。

该研究组首先采用以前报道的喷雾干燥法制得多孔Li4Ti5O12,离子液体1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺作为前驱体,使用不同量的离子液体与Li4Ti5O12混合,并在氩气中600 ℃ 煅烧。通过表征发现,合成的多孔Li4Ti5O12碳包覆层中含有N元素,对比碳包覆的不含有N元素的多孔Li4Ti5O12,这种N掺杂有利于提高电池的倍率性能。

[责任编辑:赵卓然]

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