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研究人員|研究人員開發有機基固態電池正極材料 可使能量密度翻番

蓋世汽車訊現在只有2%的汽車實現了電動化。然而，預計到2030年這一比例將增長至30%。推動電動汽車商業化的關鍵在于使用更安全、易回收的材料，同時提高電池能量密度。
研究人員|研究人員開發有機基固態電池正極材料 可使能量密度翻番
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（圖片來源：休斯頓大學）
【研究人員|研究人員開發有機基固態電池正極材料 可使能量密度翻番】據外媒報道，休斯頓大學（University of Houston）卡倫工程學院教授Yan Yao、休斯頓大學博士后Jibo Zhang，與萊斯大學（Rice University）的研究人員共同迎接這一挑戰。研究團隊證明，通過溶劑輔助過程來改變電極微結構，可以將有機基固態鋰電池的能量密度提高至以前的兩倍。
通常情況下，電池的容量和電壓由正極決定。由于使用了鈷等稀有材料，正極成為電池中最為昂貴的部分。但是，因其具有優異的性能，固態電池中幾乎完全采用鈷基正極。最近，基于有機化合物的鋰電池（OBEM-Li）才成為一種更豐富、更清潔、更易于回收的替代品。
研究人員表示：“我們正在開發低成本、地殼儲量豐富、無鈷的有機基固態電池正極材料，這種電池將不再需要使用稀有過渡金屬。在這項工作中，我們展示了制造高能量密度鋰電池的可能性。我們使用從煉油廠或生物精煉廠獲得的有機材料，代替基于過渡金屬的正極。這些有機材料的產能都很豐富?！?br /> 鈷基正極可以產生800 Wh/kg的材料級比能。然而，由有機材料制成的OBEM-Li電池能量密度有限，研究團隊發現，這是因為之前OBEM-Li電池的正極微結構不理想，只能使用低質量分率的活性材料，從而影響總能量密度。
通過優化正極微結構，可以改善正極內的離子傳輸，從而提高OBEM-Li電池的能量密度?？茖W家們為此使用了由芘-4,5,9,10-四酮（PTO）有機材料制成的正極，并以乙醇為溶劑來改變其微觀結構。Zhang表示：“鈷基正極通常很受歡迎，因其具有非常理想的微結構。然而，在有機基固態電池中，要形成理想的微結構，更具挑戰性?！?br /> 在電極層面上，因為顯著提高了活性材料的利用率，溶劑輔助微結構的能量密度可達到300 Wh/kg。相比之下，干混合微結構的能量密度略低于180 Wh/kg。以前雖然可以增加活性物質的數量，但利用率仍然很低，僅接近50%。通過此項研究，其利用率可提高至98%，能量密度也隨之提高。
研究人員表示：“PTO能夠氧化硫化物電解質。我們研究了正極-固體電解質界面的化學成分、空間分布和電化學可逆性，從中找到線索，以解釋電池為什么可以保持良好循環狀態，而不出現容量衰減。”對于推動更可持續性電動汽車的發展，這項研究將起到重要作用。
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