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开发出超过 500 Wh/kg 的锂金属电池

锂金属电池可在相同重量下提供更多电能。(图片来源:pexels/Lensmagicians)
锂金属电池可在相同重量下提供更多电能。(图片来源:pexels/Lensmagicians)
无论是电动汽车还是其他移动设备,都需要高能量密度的电池。然而,这往往与较短的使用寿命相关,而新型结构的出现正是为了改变这一现状。
Renewable E-Mobility Science

目前电动汽车电池的能量密度通常为 200 到 250 Wh/kg,这已经是一个相对较高的数值。而家用储能系统充其量只有这个数值的一半。

尽管如此,这样一个实际容量约为 70 瓦时的电池重约 300 千克(660 磅)。因此,提高能量密度可以节省大量的重量,从而降低消耗并提高驾驶动力。

合肥中国科学技术大学(USTC)展示的电池能量密度为 505.9 Wh/kg,因此可以一举节省 150 千克(330 磅)的压舱物。

作为对比:汽油和柴油的能量密度约为 10,000 Wh/kg。然而,内燃机的效率要低得多,而且燃料一旦燃烧,就不能再简单地进行充电。

调整后的分子距离

尽管如此,锂金属电池仍能达到如此高的数值,而在以前的实验中,这种电池还远远不能满足 50 个充电周期的要求。根据这项研究,以前在这一领域进行的实验旨在提高电解液的浓度。

这种新型电池的结构有很大不同,它的容量为 500 Wh/kg,在 130 个循环中几乎没有容量损失。当电池容量仅为 400 Wh/kg(仍明显高于商用电池)时,充电次数超过了 300 次。

这种电池不使用通常的锂离子、阴离子和其他无机颗粒浓缩物,而是使用了一种含有大量锂离子的紧凑结构,这种结构能将电子传送到一起,并将电子以较大的包传送到阳极。

在这个比以前大 50 倍的结构中,锂离子的距离更近。约一百个而不是只有一个锂离子以浓缩的形式释放电子。这就在阳极上方形成了一种固体电解质,从而大大提高了稳定性。

该原理能在多大程度上得到优化,我们拭目以待。毕竟,即使充电 300 次也还是有点短。如果电池要行驶 500 公里(300 英里),那么在行驶 150,000 公里(90,000 英里)之后,电池容量就会下降。

左边的球体直径在 3 到 4 纳米之间。(图片来源:中国科学技术大学)
左边的球体直径在 3 到 4 纳米之间。(图片来源:中国科学技术大学)
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Mario Petzold, 2024-07-13 (Update: 2024-07-13)