科學(xué)家們?yōu)闃O端環(huán)境的鋰離子電池制定了前景

鋰離子電池是手機(jī)和其他電子產(chǎn)品的流行電源，但在極熱或極冷時(shí)會(huì)出現(xiàn)問題。萊斯大學(xué)實(shí)驗(yàn)室已提出擴(kuò)大其范圍的方法。

稻米材料科學(xué)家Pulickel Ajayan及其實(shí)驗(yàn)室成員發(fā)表了一篇綜述，分析了鋰離子技術(shù)的最新進(jìn)展，并建議如何使電池更適應(yīng)具有挑戰(zhàn)性的條件。所審查的工作包括一些Ajayan及其團(tuán)隊(duì)自身的開拓性努力，以擴(kuò)展鋰離子電池的功能，這是便攜式電源存儲(chǔ)，是消費(fèi)電子，軍事應(yīng)用，電動(dòng)汽車等的首選。

近年來有關(guān)鋰離子電池的負(fù)面新聞主要圍繞燃燒手機(jī)和吸煙飛機(jī)電池。但更常見的問題，如對(duì)電池壽命更長，充電速度更快的需求，是研究的主要推動(dòng)因素。

賴斯博士后研究員Hemtej Gullapalli說：“我們努力尋找一篇同時(shí)討論所有問題以及所有個(gè)體成分在極端溫度下經(jīng)歷的論文，而我們找不到一篇。”該論文的作者。“所以我們相信這是一個(gè)調(diào)查這個(gè)領(lǐng)域的好機(jī)會(huì)。”

米蘭團(tuán)隊(duì)最感興趣的是看電池如何在零下60到150攝氏度(零下76到302華氏度)的溫度下工作，因?yàn)樗麄冎滥壳暗碾姵卦O(shè)計(jì)工作在接近室溫且溫度很窄的范圍內(nèi)。最好的情況是，鋰離子電池傾向于熱操作或冷操作，這對(duì)于從炎熱的沙漠驅(qū)動(dòng)到雪峰的電動(dòng)汽車而言并不理想。

“在溫度限制條件下，人們并沒有那么刻意地看著，”古拉巴利說。他指出，當(dāng)手機(jī)在寒冷或高溫下關(guān)機(jī)時(shí)會(huì)有多么令人沮喪，并說手機(jī)充電也會(huì)升高電池內(nèi)部的溫度 - 這就是為什么手機(jī)永遠(yuǎn)不會(huì)在熱車中充電的原因。

“大多數(shù)涉及電池和溫度的研究涉及管理系統(tǒng)：例如，如果手機(jī)在寒冷的溫度下使用，它們會(huì)減慢速度，以保護(hù)電池，”他說。“但我們?cè)趯彶橹邪l(fā)現(xiàn)，視角略有變化。為了制造從低溫到高溫工作的電池，科學(xué)家們必須從材料的角度來看材料對(duì)溫度的影響。”

電化學(xué)電池具有三個(gè)基本組件：負(fù)極，正極和導(dǎo)電電解質(zhì)，其允許電子從一側(cè)移動(dòng)到另一側(cè)，同時(shí)充電或排水。Gullapalli說，每種材料都有機(jī)會(huì)。

“人們做了很棒的工作，”他說。“他們幾乎觸及了整個(gè)元素周期表，所有的排列和組合都經(jīng)過了測試?，F(xiàn)在我們已進(jìn)入工程階段，我們知道材料的局限性，我們正試圖打破障礙。”

萊斯團(tuán)隊(duì)在商用電池中建立了標(biāo)準(zhǔn)和有前景的新材料的綜合圖，并詳細(xì)說明了每種元件的典型能量密度和溫度范圍。

“我們比較了材料相對(duì)于溫度范圍的穩(wěn)定性，”Ajayan說。“這將有助于研究人員根據(jù)自己的需求挑選所需的組合。”

研究人員寫道，目前鋰離子電池的性能需要妥協(xié)。例如，鉛酸和鎳氫等水基電解質(zhì)的工作溫度僅為-50至50℃，而熔鹽電池僅在溫度高于90℃時(shí)才能正常工作。鋰亞硫酰氯電池的工作溫度在零下60到150℃之間。 ，但僅在20到55 C之間的高峰期。

“建立理想或接近理想的系統(tǒng)需要徹底了解微妙的機(jī)制，并用合適的替代方案替換每個(gè)違約組件，”Ajayan說。“環(huán)境條件下的微量成分在暴露于高溫時(shí)會(huì)改變整個(gè)電化學(xué)。”