氟离子电池研究获突破,室温条件下实现充放电

能源
氟离子电池研究获突破,室温条件下实现充放电
麻省理工科技评论 2018-12-09

2018-12-09

近年来,氟离子电池由于能够比现有的电池技术拥有更高的能量密度,同时对环境更加友好,而被视为下一代电池的有力竞争者。但氟离子电池过高的温度要求让其难以运用到日常的电子产品中。
能源
近年来,氟离子电池由于能够比现有的电池技术拥有更高的能量密度,同时对环境更加友好,而被视为下一代电池的有力竞争者。但氟离子电池过高的温度要求让其难以运用到日常的电子产品中。

近年来,氟离子电池由于能够比现有的电池技术拥有更高的能量密度,同时对环境更加友好,而被视为下一代电池的有力竞争者。但氟离子电池过高的温度要求让其难以运用到日常的电子产品中。

近日,本田研究所有加州理工学院、美国宇航局喷气推进实验室(JPL)研究人员合作在氟离子電池(fluoride-based battery,FIB)上获得突破,造出新的氟离子电池,并在常温条件下实现了充放电循环。

这一成果发表在了 12 月 7 日的 Science 期刊上。

目前常见的基于锂或金属氢化物的电池通常会受到电极固有特性的限制,而氟的原子质量较低,因此基于氟元素的电池的能量密度非常高。

研究的共同作者、2005 年诺贝尔化学奖得主 Robert Grubbs 指出,氟离子电池在理论上的能量密度能比锂离子电池高出 10 倍,充满电后的使用时长可超过锂电池 8 倍。但缺点在于氟化物具有较高的腐蚀性,同时也容易过度活跃。

同样参与了这一研究、本田研究所首席科学家 Christopher Brooks 表示,氟离子电池较目前使用的锂离子电池还有一个优势在于,锂离子电池在过热情况下存在起火等风险,而氟离子电池则没有这种担忧。而且,提取锂和钴的过程对环境造成的危害较大,而生产氟离子电池对环境的影响要小得多。

这样看来,氟离子电池的优势非常明显,但缺点在于其对温度的要求非常高。现阶段,固态氟离子电池需要在 150 摄氏度以上的高温下才可导电。而在现有的技术下造出的液态电解质的氟离子电池也难以在常温条件下保持良好的充放电循环。

图|氟离子(粉红色)被 BTFE 包围 (来源:普渡大学)

为了解决这一问题,研究人员将干燥的四烷基铵氟化物盐溶解在有机氟化醚溶剂中制成新的电解液,称为 bis(2,2,2-trifluoroethyl)ether(简称 BTFE),有助于氟离子在电池内部来回穿梭,以此开发出了一种新的氟化物电池。

实验表明,利用这种方法制成的电池可在常温下实现可逆的电化学循环。

目前研究人员还在电极方面作出努力,以做出符合导电要求和具有较长使用寿命的电池。在未来,氟离子电池将有望为电动汽车提供动力,同时其他的电子产品也有望用上氟离子电池而拥有更长的续航时间。

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