锂金属电池的新型电解质设计可以显着提高电动汽车的续航里程。苏黎世联邦理工学院的研究人员从根本上减少了稳定这些电池所需的对环境有害的氟的含量。

锂金属电池是下一代高能电池最有希望的候选者之一。它们每单位体积可以存储的能量至少是普通电池的两倍锂离子电池如今已广泛使用。例如，这意味着电动汽车一次充电可以行驶两倍的距离，或者智能手机不必频繁充电。

目前，该方法仍然存在一个关键缺陷锂金属电池： 这液体电解质需要添加大量的氟化溶剂和氟化盐，这增加了其环境足迹。

不添加氟然而，锂金属电池不稳定，充电几次后就会停止工作，并且容易发生短路、过热和起火。

由苏黎世联邦理工学院电化学能源系统教授玛丽亚·卢卡茨卡娅（Maria Lukatskaya）领导的一个研究小组现已开发出一种新方法，可以大大减少锂金属电池所需的氟量，从而使它们更环保、更稳定且成本更低。有效的。

工作是发表在日记中能源与环境科学。已申请专利。

稳定的保护层可提高电池的安全性和效率

电解质中的氟化化合物有助于在负极金属锂周围形成保护层电池。

“这个保护层可以比作牙齿的珐琅质，”卢卡茨卡娅解释道。“它可以保护金属锂免于与电解质成分发生持续反应。”

如果没有它，电解质会在循环过程中迅速耗尽，电池会失效，并且缺乏稳定的层会导致在充电过程中形成锂金属晶须（“枝晶”），而不是保形扁平结构。层。

如果这些枝晶接触正极，就会导致短路，并有电池过热而起火的风险。因此，控制该保护层特性的能力对于电池性能至关重要。稳定的保护层可提高电池效率、安全性和使用寿命。

最大限度地减少氟含量

“问题是如何在不影响保护层稳定性的情况下减少氟的添加量，”博士生 Nathan Hong 说。该小组的新方法利用静电引力来实现所需的反应。在这里，带电的氟化分子充当将氟运输到保护层。这意味着液体电解质中仅需要 0.1% 重量的氟，比之前的研究至少低 20 倍。优化方法使电池更环保

最大的挑战之一是找到可以附着氟的正确分子，并且一旦到达锂金属，氟就会在正确的条件下再次分解。

正如该小组所解释的那样，这种方法的一个关键优点是它可以无缝集成到现有的电池生产过程中，而不会产生任何影响。

额外费用

更改生产设置。实验室使用的电池只有硬币大小。下一步，研究人员计划测试该方法的可扩展性，并将其应用于智能手机中使用的软包电池。

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