研究人員正設法提高低溫環境下的電池性能

2022-05-30 09:51:09來源：cnBeta.COM 關鍵詞：低溫水溶液電池閱讀量：23502

導讀：香港大學的工程師們的新研究最近發表在《納米研究能源》雜志上，提出了用于低溫水溶液電池的水溶液電解質的最佳設計元素。該研究根據幾個指標審查了水電解質的物理化學特性(決定其在電池中的性能)：相圖、離子擴散率和氧化還原反應的動力學

　　通過可充電電池技術儲存能量，我們的數字生活方式從此充滿了動力，一方面，可再生的能源又可以被納入電網。然而，在寒冷條件下的電池功能仍然是一個挑戰，促使人們研究改善電池的低溫性能。水性電池(在液體溶液中)在低溫下的放電速率(衡量每單位時間內放出的能量)方面比非水性電池好。

　　香港大學的工程師們的新研究最近發表在《納米研究能源》雜志上，提出了用于低溫水溶液電池的水溶液電解質的最佳設計元素。該研究根據幾個指標審查了水電解質的物理化學特性(決定其在電池中的性能)：相圖、離子擴散率和氧化還原反應的動力學。

　　低溫水溶液電池的主要挑戰是，電解質凍結，離子擴散緩慢，氧化還原動力學(電子轉移過程)因此而遲緩。這些參數與電池中使用的低溫水基電解質的物理化學特性密切相關。

　　因此，為了提高電池在寒冷條件下的性能，需要了解電解質對寒冷(-50 oC至-95 oC / -58 oF至-139 oF)的反應。研究作者和副教授Yi-Chun Lu說："為了獲得高性能的低溫水溶液電池(LT-ABs)，研究水溶液電解質隨溫度變化的物理化學特性以指導低溫水溶液電解質(LT-AEs)的設計非常重要。"

　　圖中顯示了水電解質的設計策略，包括防凍熱力學、離子擴散動力學和界面氧化還原動力學。

　　研究人員比較了用于儲能技術的各種LT-AE，包括Li+/Na+/K+/H+/Zn2+-電池、超級電容器和流動電池技術。該研究整理了許多其他報告中有關各種LT-AEs性能的信息，例如用于Zn/MnO2水電池的防凍水凝膠電解質；以及用于Zn金屬電池的乙二醇(EG)-H2O混合電解質。

　　他們系統地研究了這些報道的LT-AEs的平衡和非平衡相圖，以了解它們的防凍機制。相圖顯示了電解質相在不同溫度下的變化。該研究還考察了LT-AEs的導電性與溫度、電解質濃度和電荷載體的關系。

　　研究作者Lu預測，"理想的防凍水電解質不僅應該表現出低冰點溫度Tm，還應該擁有強大的過冷能力"，即液體電解質介質甚至在低于冰點溫度時仍保持液體狀態，從而實現超低溫下的離子傳輸。

　　研究作者發現，使電池能夠在超低溫下運行的LT-AEs大多表現出低冰點和強過冷能力。此外，"強大的過冷能力可以通過提高最小結晶時間t和增加電解質的玻璃化溫度和凍結溫度(Tg/Tm)的比率值來實現"。

　　通過降低發生離子轉移所需的能量，調整電解質的濃度，以及選擇某些能促進快速氧化還原反應速率的電荷載體，可以改善所報道的用于電池的LT-AE的電荷傳導性。Lu說："降低擴散激活能，優化電解質濃度，選擇具有低水合半徑的電荷載體，以及設計協同擴散機制，將是改善LT-AEs離子傳導性的有效策略。"

　　在未來，作者希望進一步研究有助于改善低溫下水電池性能的電解質的物理化學特性。Lu說："我們希望通過設計具有低冰點溫度、強過冷能力、高離子導電性和快速界面氧化還原動力學的水基電解質來開發高性能的低溫水電池(LT-ABs)。"

　　原標題：研究人員正設法提高低溫環境下的電池性能

上一篇：軟體機器人發展情況一覽：國內外研究都取得新成果

下一篇：科學家在移動機器人骨架上實現細胞培養

我要評論

昵稱

匿名

文明上網，理性發言。（您還可以輸入200個字符)

表情

所有評論僅代表網友意見，與本站立場無關。

版權與免責聲明：

凡本站注明“來源：智能制造網”的所有作品，均為浙江興旺寶明通網絡有限公司-智能制造網合法擁有版權或有權使用的作品，未經本站授權不得轉載、摘編或利用其它方式使用上述作品。已經本網授權使用作品的，應在授權范圍內使用，并注明“來源：智能制造網”。違反上述聲明者，本站將追究其相關法律責任。

本站轉載并注明自其它來源（非智能制造網）的作品，目的在于傳遞更多信息，并不代表本站贊同其觀點或和對其真實性負責，不承擔此類作品侵權行為的直接責任及連帶責任。如其他媒體、平臺或個人從本站轉載時，必須保留本站注明的作品第一來源，并自負版權等法律責任。如擅自篡改為“稿件來源：智能制造網”，本站將依法追究責任。

鑒于本站稿件來源廣泛、數量較多，如涉及作品內容、版權等問題，請與本站聯系并提供相關證明材料：聯系電話：0571-89719789；郵箱：1271141964@qq.com。