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一滴油引发的Science:麻省理工革新铝空电池!

来源:纳米人   更新时间:2018-11-13 14:06:33    

  铝空气电池为代表的金属-空气电池具有很高的理论能量密度,但是在仓储和待机等不工作的状态下,负极往往会发生不可逆腐蚀,从而导致电池能量密度损失和寿命下降。

  目前,抑制铝空电池负极腐蚀的策略不少,包括负极合金化,电解质添加剂,凝胶电解质,非水性电解质等等。这些策略在一定程度上确实缓解了负极腐蚀,但是大多是以降低功率密度和能量密度为代价。

  有鉴于此,美国麻省理工学院Brandon J. Hopkins等人发展了一种以油替换负极电解液的新策略,有效抑制了铝空电池的负极腐蚀。


图1. 油置换电解质示意图

  巧妙设计

  研究人员设计了一套流动电解质系统,并在负极加入疏水的PTFE隔膜,电解质中加入不导电的全氟聚醚油。当电池工作的时候,电解质在电池系统中流动。当电池不工作的时候,全氟聚醚油泵入系统中,充满与负极中的金属电极和隔膜之间。

  不导电的油抑制了电解质向负极表面的扩散速率,大大地缓解了负极的腐蚀。而铝电极和疏水隔膜则保证了油不会结垢。


图2. 油和隔膜的选择

  优异性能

  基于这一巧妙的设计,铝空电池可用能量密度提高了4.2倍,腐蚀减少了99.99%,自放电速率降低到0.02%,系统能量密度可达到700 Wh L-1和900 Wh kg-1


图3. 电池性能和封装表征

  当然,研究人员还综合考虑了电池封装中的一系列问题,包括油的引入对整个体系的重量的影响,并进行了电池开关循环的24天实验。虽然整个体系并不完美。但是,这一巧妙的设计理念,为铝空等金属-空气电池的实际应用提供了全新的思路和有力的推动。(作者:未央)

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