日本研发无钴锂电池 更长寿且高效能

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日本研发无钴锂电池 更长寿且高效能




日本研发无钴锂电池 更长寿且高效能



日本东京大学研发的新电极和特殊电解质，使新款锂电池在不含钴金属的情况下更长寿且高效能。图为锂电池示意图。(Olivier Chassignole/AFP)


（大纪元专题部记者吴瑞昌编译报导）全球对锂电池的需求不断上升，也导致对钴金属的需求攀升，但钴矿随着时间的推移和其它政治因素等，可能出现短缺的问题。日本一所大学近期研发了一种可替代锂电池中钴的方法。


锂电池（LIB）一直是过去几十年来移动电子设备和机器供电的标准，因为该种电池拥有较大的能量密度和较长使用周期，但它也会随着时间的推移，出现蓄电和能量密度退化的情况，为此人们急需更好的电池。


日本东京大学（The University Tokyo）研发出新型电极和特殊电解质用于锂电池，解决了这项问题，使新款锂电池在不含钴金属的情况下，还拥有4.3 V的平均电压，且在进行超过1,000次的完全充放电循环后，依然能保持良好的电池容量，而电池的能量密度比过去高出60%，这是过去不可想像的。


这款锂电池的阳极是氧化硅（SiOx），阴极是锂镍锰氧（LiNi0.5Mn1.5O4），而电解液是双三氟甲基磺酰的氨基锂（LiFSI）和甲基碳酸酯（FEMC）。


这种优化能够有效地抑制阳极表面被降解，而该电解质对容易出现溶解的阴极也能进行高度抑制，从而增加整个电池的稳定性。


另外，实验人员发现高浓度（3.4M）的上述电解质要比低浓度（1.0M）的电解质更能让不安分的锂离子和它们形成紧密关系，使其变得更加稳定。


他们还进行了充放电循环稳定测试。实验显示，使用高浓度上述电解质的电池在进行了80次循环后，仍保留了93%的电池容量，放电效率也高达97%，都远高于使用低浓度电解质的数据。此外，使用高浓度电解质的电池电位高达4.9V，即使经过100次循环充放电后，其电池容量保持率也大于90%，而放电效率约99%，都同样比用低浓度的更好。


实验团队还把其优化后的使用不同浓度电解质的锂电池，与普通商业锂电池同时进行300次、500次、1000次循环充放电实验。结果显示，使用高浓度电解质的的新款锂电池表现最佳，且在超过500次循环充放电后，电池容量出现可以忽略不计的衰减，而放电效率约为100%。即使全电池重复超过1,000次长期的充放电循环后，电池容量仅仅损失约20%。这比普通锂电池的3.2V—3.7V电压且只能进行500次充放电循环表现更好。


该团队表示，他们未来会进一步优化和开发电极成分和电池设计，以提高电池的整体性能和安全性，使电池在各种极端环境下依然能保持性能和正常运作。


他们还表示，我们改进锂离子电池的原因有很多，其中包括新闻报导关于刚果金的矿山环境、恶劣的劳动条件等。另外，从供应的角度来看，由于该地区政治和经济不稳定，钴的来源也是一个问题，因此他们希望能放弃使用钴。


东京大学化学系统工程系教授山田敦夫（Atsuo Yamada）对该校新闻社表示，“虽然在改进锂离子电池的过程中，曾出现各种不良的反应，这些问题都会大大缩短电池的寿命，但我们对这项实验的结果感到满意。”


他接着说，“我们最终找到一种新的钴替代品，就是在电极中使用常见的锂、镍、锰、硅和氧元素组合。不过，我们仍然需要进一步提高和改进电池的安全性能和使用寿命，原因是一些极端环境对于电池品质的要求是严格的。”


山田和他的团队也正在开拓锂离子电池的应用，而他们最近开发的新锂电池可以应用于其它电化学过程和设备，包括其它类型的电池、水分解产生出氢气和氧气、矿石熔炼、电镀和更多应用上。


这项新发明于10月底发表在《自然》杂志上，有八千多次观看和二十多家媒体报导。◇


责任编辑：连书华#
https://www.epochtimes.com/gb/23/11/18/n14119375.htm

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日本的头脑就是厉害！