基于氟離子的新電池概念可以增加電池壽命

想象一下，無需為手機或筆記本電腦充電數(shù)周。這是研究人員尋找超越目前流行的鋰離子電池版本的替代電池的夢想?，F(xiàn)在，在科學(xué)雜志上發(fā)表的一項新研究中，包括加州理工學(xué)院和加州理工學(xué)院為美國宇航局管理的噴氣推進實驗室，以及本田研究所和勞倫斯伯克利國家實驗室等多家機構(gòu)的化學(xué)家們基于元素氟的氟化物，帶負電荷的形式或陰離子制造可充電電池的新方法。

“氟化物電池可以具有更高的能量密度，這意味著它們的使用壽命可能比目前使用的電池長8倍，”研究報告的共同作者，加州理工學(xué)院的Victor和伊麗莎白阿特金斯化學(xué)教授Robert Grubbs說道。 2005年諾貝爾化學(xué)獎。“但氟化物可能難以使用，特別是因為它具有腐蝕性和反應(yīng)性。”

在20世紀70年代，研究人員試圖使用固體組件制造可充電氟化物電池，但固態(tài)電池僅在高溫下工作，這使得它們在日常使用中不實用。在這項新研究中，作者最后報告了如何使用液體成分使氟化物電池工作 - 液體電池在室溫下很容易工作。

“我們?nèi)蕴幱陂_發(fā)的早期階段，但這是第一款可在室溫下工作的可充電氟化物電池，”JPL化學(xué)家，新研究的通訊作者Simon Jones說。

電池通過在正極和負極之間穿梭帶電原子或離子來驅(qū)動電流。當涉及液體時，這種穿梭過程在室溫下更容易進行。在鋰離子電池的情況下，借助于液體溶液或電解質(zhì)，鋰在電極之間穿梭。

加州電池化學(xué)教授托馬斯米勒說：“給電池充電就像把球推上山，然后讓它一遍又一遍地回滾。” “你在存儲能量和使用它之間來回走動。”

雖然鋰離子是正離子(稱為陽離子)，但新研究中使用的氟離子帶負電荷(稱為陰離子)。使用電池中的陰離子既有挑戰(zhàn)也有優(yōu)勢。

“對于持續(xù)時間更長的電池，你需要移動更多的電荷。移動多電荷金屬陽離子是困難的，但通過移動幾個帶電荷的陰離子可以實現(xiàn)類似的結(jié)果，這些陰離子相對容易，”瓊斯說。誰在JPL研究航天器所需的電源。“這個方案面臨的挑戰(zhàn)是使系統(tǒng)在可用電壓下工作。在這項新研究中，我們證明了陰離子確實值得電池科學(xué)關(guān)注，因為我們證明了氟化物可以在足夠高的電壓下工作。”

使氟化物電池工作在液體而不是固態(tài)的關(guān)鍵證明是稱為雙(2,2,2-三氟乙基)醚或BTFE的電解液。這種溶劑有助于保持氟離子穩(wěn)定，從而可以在電池中來回穿梭電子。瓊斯說他當時的實習(xí)生，維多利亞戴維斯，現(xiàn)在在北卡羅來納大學(xué)教堂山分校學(xué)習(xí)，是第一個考慮嘗試BTFE的人。雖然瓊斯并沒有太大的希望它會成功，但團隊仍然決定嘗試它，并感到驚訝它運作良好。

那時，瓊斯向米勒尋求幫助，理解解決方案的原因。米勒和他的小組對反應(yīng)進行了計算機模擬，并找出了BTFE的哪些方面正在穩(wěn)定氟化物。從那時起，該團隊就能夠調(diào)整BTFE解決方案，使用添加劑對其進行修改，以提高其性能和穩(wěn)定性。

“我們正在開辟一種制造更持久電池的新方法，”瓊斯說。“氟化物正在卷土重來。”