10分钟快速充放 浙大电池新方案登《自然》

10分钟快速充放浙大电池新方案登《自然》浙江大学材料科学与工程学院范修林研究员团队长期致力于锂离子电池研究。近期，该团队开发并验证了一套新型极端电解液设计原则，打破了传统的锂离子传输模式，并为具备特殊物化性质的电解液开辟了一条全新的研究途径。基于此理念，团队设计出一款新型电解液，不仅能够支持高比能锂离子电池在-70℃到60℃的超宽温区内进行可逆地充放电，还可以使得高能量密度锂离子电池在10分钟内完成快速充放电。研究中的锂离子软包电池这项研究于北京时间2月29日刊发在国际顶级期刊《自然》。论文第一作者为浙江大学陆迪博士研究生和李如宏研究员，通讯作者为范修林研究员、美国马里兰大学王春生教授和美国布鲁克海文国家实验室的胡恩源教授，并受到浙大陈立新教授、范利武长聘副教授、肖学章副教授以及中国科学院化学研究所王建平研究员和马里兰大学邓涛博士（现为上海交大中英低碳研究院副教授）的大力支持。浙大为第一单位和最后通讯单位。锂电池快速充电及低温性能难点在哪里？锂电池要实现快充，意味着在整个体系中锂离子都要实现快速的迁移。目前认为，锂离子在电解液及电解液-电极界面膜中的迁移为整个过程中的速度控制步骤。而界面膜又是电解液原位生成的，与电解液的性质密切相关。综合来讲，在锂离子电池中要实现快充的突破，电解液的特性至关重要。范修林科研团队为此，范修林团队选择了从电解液这块“空白区”下手。当然这里的难度也是可想而知，要让锂离子电解液同时具备有效的电解液-电极界面膜、宽温域内高离子电导率和快速离子传输动力学，这对于此前已有研究的电解液来说都是不可能实现的。这是因为电解液的高离子电导率需要溶剂具备高锂离子溶剂化能，而生成无机的电解液-电极界面膜需要电解液溶剂具有低锂离子溶剂化能，所以目前的电解液不可能同时实现高离子电导率和阴离子衍生的电解液-电极界面膜。由此，范修林团队朝着“不可能”开展长达4年的研究。室温快充仅需十分钟，低温性能还优异面对几万种的溶剂，浙大团队首次建立了一套溶剂筛选原则，用于筛选宽温域内快速锂离子动力学的潜在溶剂，进而将23种目标材料，制作成电解液并应用于锂电池，展开实证研究。记者在实验室看到研究中的锂离子软包电池，如同一块块压缩饼干，却能展现出不同的功能效应。溶剂筛选策略。（a）溶剂化鞘体积与溶剂化能关系图；（b）溶剂化鞘体积与离子传输能垒关系图在一次次实验中，浙大科研人员提出并验证了一种“配体通道促进传输”机制，建立了离子在电解液和固态电解质中传输的统一框架，最终确定了电解液的最佳配方。电解液中离子传输行为。（a）介质传输；（b）结构传输；（c）配体通道促进传输相关测试数据表明，浙大提出的新型电解液在25℃室温下的离子电导率是商用电解液的4倍；在-70℃时高于商用电解液3个数量级以上。“在同等条件下，我们设计的锂离子电池，能够实现充电10分钟，达到八成充电量，展现出超快的离子传输行为。”快充性能优异，也意味着低温充放电性能较为优异，“在低温下我们的电池也能展现出良好的性能”。不同电解液的离子电导率。其中所筛选出的FAN电解液体系的离子电导率在整个温区（+60℃—-70℃）都远高于其他体系浙大电池，离新质生产力有多远？谈及未来应用方向，范修林研究员认为当前电池成本还比较高，可以率先在极地科考、空间探测、海底勘探等极端温度情况中应用。而随着电解液技术的不断攻关迭代，范修林研究员对新型锂离子电池装配到新能源汽车很有信心。“目前，我们团队已经与相关企业开展紧密合作。”“我们的电解液设计原则不仅对极端工况下锂电池有效，随着研究的深入，我们发现其对钠离子电池和钾离子电池也十分有效。”范修林研究员说，“这也将让科研成果聚焦国民经济主战场，更好服务‘双碳’目标，推动能源绿色低碳发展。”（文柯溢能、吴雅兰/声像制作杨萝萝部分科研图片由受访团队提供）...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1422302.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1422302.htm

浙大电池新方案登《自然》：10分钟快速充放

浙大电池新方案登《自然》：10分钟快速充放基于此理念，团队设计出一款新型电解液，不仅能够支持高比能锂离子电池在-70℃到60℃的超宽温区内进行可逆地充放电，还可以使得高能量密度锂离子电池在10分钟内完成快速充放电。范修林研究员介绍，在锂电池中要实现快充的突破，电解液的特性至关重要，而传统电解液中的锂离子传输模式无法实现锂离子的快速迁移。研究团队建立了一套溶剂筛选原则，在几万种溶剂中筛选出23种“潜力溶剂”，配制出多种电解液，制作成锂离子软包电池，展开实证研究。经过长达4年的研究，浙大科研人员最终确定了电解液的最佳配方。相关测试数据表明，范修林团队提出的新型电解液在25℃室温下的离子电导率是目前商用电解液的4倍，在-70℃时高于商用电解液3个数量级以上。范修林认为，当前电池成本较高，可以率先在极地科考、空间探测、海底勘探等极端温度情况中应用。而随着电解液技术的不断攻关迭代，范修林对新型锂离子电池装配到新能源汽车很有信心。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1421795.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1421795.htm

在液流电池中加糖可大幅提高功率和寿命

在液流电池中加糖可大幅提高功率和寿命通常情况下，它们由两种液体组成，一种是阳离子溶液，另一种是阴离子溶液，这两种液体被分开储存，然后在需要能量时通过离子选择膜两侧的泵来产生电流。这样做有一定的好处：例如，可以将耗尽的电解液换成带电的电解液，从而为系统"加油"；或者也可以使用电网电源逆向放电循环，为系统充电。太平洋西北国家实验室的研究人员率先尝试将一种名为β-环糊精的糖溶解到电池的电解液中，希望它能帮助解决一个完全不同的问题。新研究的第一作者冯若竹（RuozhuFeng）说："我们正在寻找一种简单的方法，将更多的芴醇（fluorenol）溶解到我们的水基电解液中。β-环糊精在一定程度上帮助我们做到了这一点，但它真正的好处是具有令人惊讶的催化能力。"离子选择膜允许带正电荷的离子在充电和放电循环期间在两种电解质之间移动，使电子通过外极板和电路。β-环糊精添加剂是淀粉的衍生物，在这里显示为粉红色，它大大加速了这一反应。他们与耶鲁大学的研究人员合作，找出了这种促进作用背后的机制--糖接受带正电荷的质子，平衡了向细胞膜移动和穿过细胞膜的带负电荷电子的运动。经过调整后将反应速率提高了60%，从而将电池的有效功率水平提高了60%。这些糖完全溶解在电解液中，而伊利诺伊理工大学的研究成果Influit液流电池技术则完全不同。Influit使用的是悬浮在粘性流体中的活性金属氧化物电池材料的微小固态纳米颗粒，并称其电池速度足以用于汽车，全系统能量密度比目前的锂电池组高4-5倍。"这是开发液流电池电解液的一种全新方法，"PNNL长期电池研究员、该研究的主要研究员王伟说。"我们发现，可以使用一种完全不同的催化剂来加速能量转换。此外，由于它溶解在液体电解质中，因此消除了固体脱落和污染系统的可能性"。新型电解液看起来平平无奇功率输出得到优化后，研究小组开始进行耐久性测试，以确定糖添加剂是否会影响电解液的使用寿命。研究人员对电池进行了长达一年多的连续充放电，只有在塑料管破裂时才停止充放电，结果惊讶地发现电池容量的损失微乎其微。值得注意的是，液流电池的寿命通常比锂电池要长得多，但即便如此，研究人员说，这是首次有任何已知的液流电池显示出如此长的寿命。作为一家机构，PNNL正在大力解决电网级储能问题，其"电网储能发射台"将于2024年投入使用。该团队已经为这项新技术申请了专利，并开始试用其他类似的化合物，它们可能会更好地完成同样的工作。该研究发表在《焦耳》（Joule）杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1370907.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1370907.htm

“火拼” 低空经济 多家电池巨头积极布局

“火拼”低空经济多家电池巨头积极布局低空经济“腾空而起”，也为动力电池打开了新的应用场景和发展空间。近日，多家锂电池龙头企业官宣入局，抢占市场。“目前，各家电池厂的低空场景电池还是以半固态电池为主。”真锂研究首席分析师墨柯对记者表示，低空领域的锂电池需要同时满足更高能量密度以及安全性两个要求。相比普通锂电池，半固态电池使用的电解液是普通锂电池的10%。电解液是电池安全的关键因素，同时对耐用性也有较大影响。业内人士认为，随着龙头企业的创新引领，低空领域的锂电池有望在不久之后迎来“起飞”行情。（证券日报）

一种新型电化学方法可从废钢中提取铜等污染物

一种新型电化学方法可从废钢中提取铜等污染物它引入了一种用于电精炼的创新型氧化硫电解液，这是一种从钢水中去除铜和碳杂质的替代方法。该工艺还会产生液态铁和硫作为副产品。阿齐米说："我们的研究是首次报道用电化学方法去除钢中的铜，并将杂质降至合金水平以下。"目前，仅有25%的钢材来自回收材料。但随着世界各国政府努力实现净零排放目标，预计未来二十年全球对绿色钢材的需求将不断增长。钢铁是通过铁矿石与焦炭（煤的一种制备形式）反应生成碳源，并将氧气吹入生成的金属中而制成的。目前的标准工艺每生产一吨钢就会产生近两吨二氧化碳，使钢铁生产成为制造业中碳排放量最高的行业之一。从左到右：多伦多大学博士生Jaesuk(Jay)Paeng站在GiseleAzimi教授身边，手里拿着团队新设计的电化学电池，该电池可以承受高达1600摄氏度的高温，同时使用基于矿渣的电解液电化学去除钢铁中的污染物。图片来源：SafaJinje/多伦多大学工程学院传统的钢铁回收方法使用电弧炉熔化废金属。由于在熔化前很难从废金属中物理分离出铜材料，因此回收的钢铁产品中也存在铜元素。阿兹米说："二次炼钢的主要问题是回收的废钢可能受到其他元素的污染，包括铜。随着要回收的废金属增多，铜的浓度也会增加，当铜在最终钢产品中的重量百分比超过0.1%（wt%）时，就会对钢的性能产生不利影响"。采用传统的电弧炉炼钢法无法从钢水废料中去除铜，因此限制了二级钢材市场生产低质量钢材产品，如建筑行业使用的钢筋。Paeng说："我们的方法可以将二级钢市场扩展到不同的行业。它有潜力用来制造更高级的产品，如汽车行业使用的镀锌冷轧卷，或运输行业使用的深冲钢板。"为了将铁中的铜去除到0.1wt%以下，研究小组必须首先设计出一种能承受高达1600摄氏度高温的电化学电池。在电池内部，电流通过一种新型的氧化硫电解质在负极（阴极）和正极（阳极）之间流动，这种电解质是用炉渣设计的，炉渣是炼钢产生的一种废料，通常被丢弃在水泥厂或垃圾填埋场。"我们将含有铜杂质的污染铁作为电化学电池的阳极，"阿兹米说。"然后，我们用电源施加电动势，也就是电压，迫使铜与电解液发生反应。电解液的作用是在电池通电时将铜从铁中分离出来。当我们在电池的一端通电时，就会迫使铜与电解液发生反应，从而产生铁。在电池的另一端，我们同时产生新的铁"。Azimi的实验室与TenovaGoodfellow公司合作，后者是一家为金属和采矿业提供先进技术、产品和服务的全球供应商。展望未来，研究小组希望通过电解精炼工艺去除钢中的其他污染物，包括锡。"钢铁是工业中使用最广泛的金属，我认为其年产量高达19亿吨，"阿兹米说。"我们的方法潜力巨大，可以为炼钢行业提供一种实用且易于实施的钢材回收方法，以满足全球对高等级钢材的更多需求"。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1435738.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1435738.htm

新型锂离子电池材料可在10分钟内充电80%

新型锂离子电池材料可在10分钟内充电80%现在，橡树岭国家实验室的研究人员正在推动电动汽车（EV）快速充电的发展。一个电池科学家团队最近开发出一种锂离子电池材料，不仅能在10分钟内充入80%的电量，还能在1500个充电周期内保持这种能力。ORNL研究员杜志佳将新开发的液态电解质材料插入电池袋电池中。这种配方延长了超快速充电电池（如电动汽车中使用的电池）的寿命。图片来源：GenevieveMartin/ORNL，美国能源部当电池工作或充电时，离子通过一种叫做电解质的介质在电极之间移动。ORNL的杜志佳领导的团队开发出了锂盐与碳酸盐溶剂的新配方，以形成一种电解液，这种电解液能长期保持较好的离子流动性，并在极端快速充电期间大电流加热电池时表现良好。项目合作伙伴测试了在ORNL电池制造厂制造的电池袋电池，以证明电池的安全性和循环特性。杜说："我们发现，这种新型电解质配方基本上将能源部规定的极限快速充电电池寿命目标提高了两倍。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1384165.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1384165.htm