科学家发现水基电池的储存能力有着高达1000%的差异

科学家发现水基电池的储存能力有着高达1000%的差异化学工程教授JodieLutkenhaus博士和化学助理教授DanielTabor博士在《自然材料》上发表了他们关于无锂电池的研究结果。"不会再有电池火灾了，因为它是水基的，"Lutkenhaus说。"在未来，如果预测到材料短缺，锂离子电池的价格会大涨。如果我们有了这种替代电池，我们就可以转向这种化学，其供应要稳定得多，因为我们可以在美国这里制造它们，而且制造它们的材料也在这里。"Lutkenhaus说，水电池由阴极、电解质和阳极组成。阴极和阳极是可以储存能量的聚合物，而电解质是与有机盐混合的水。电解液通过其与电极的相互作用，是离子传导和能量存储的关键。她说："如果一个电极在循环过程中膨胀得太厉害，那么它就不能很好地传导电子，就会失去所有的性能。我相信，由于肿胀效应，储能能力有1000%的差异，这取决于电解质的选择。"根据他们的文章，氧化还原活性的非共轭自由基聚合物（电极）是有希望成为无金属水电池的候选者，因为这种聚合物具有高放电电压和快速氧化还原动力学。由于电子、离子和水分子的同时转移，该反应很复杂且难以解决。研究人员在文章中说："我们通过使用电化学石英晶体微天平在一系列时间尺度上进行耗散监测，检查不同混沌/交变特性的水电解质，证明了氧化还原反应的性质。"Tabor的研究小组用计算模拟和分析对实验工作进行了补充。仿真让人们深入了解了结构和动力学的微观分子尺度的情况。"理论和实验经常紧密合作以了解这些材料。在这篇论文中，我们在计算上所做的新事情之一是，我们实际上将电极充电到多种电荷状态，并观察周围环境如何对这种充电做出反应。"研究人员通过准确测量电池运行时有多少水和盐进入电池，从宏观上观察电池阴极是否在某些种类的盐存在时工作得更好。"我们这样做是为了解释在实验中观察到的情况，现在，我们希望将我们的模拟扩展到未来的系统。我们需要让我们的理论得到证实，什么是驱动这种水和溶剂注入的力量。""有了这种新的储能技术，这是对无锂电池的一种推动。"Tabor说："我们对是什么让一些电池电极比其他电池电极工作得更好有了更好的分子水平的描述，这为我们在材料设计方面的进展提供了强有力的证据。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1355015.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1355015.htm

日本科学家开发出新型完全固态可充电空气电池

日本科学家开发出新型完全固态可充电空气电池此外，在可充电空气电池中使用氧化还原活性有机分子克服了与金属有关的问题，包括形成被称为"树枝状"的结构，这种结构会影响电池性能，并对环境造成负面影响。研究人员利用基于二羟基苯醌的有机负极和Nafion聚合物电解质开发出一种全固态可充电空气电池。图片来源：早稻田大学KenjiMiyatake然而，这些电池使用的液态电解质与金属基电池一样，会带来高电阻、浸出效应和易燃性等重大安全隐患。现在，在最近发表于《AngewandteChemieInternationalEdition》的一项新研究中，一组日本研究人员开发出了一种全固态可充电空气电池（SSAB），并对其容量和耐用性进行了研究。这项研究由早稻田大学和山梨大学的宫武健治（KenjiMiyatake）教授领导，早稻田大学的小柳津研一（KenichiOyaizu）教授为共同作者。研究人员选择了一种名为2,5-二羟基-1,4-苯醌（DHBQ）的化学物质及其聚合物聚（2,5-二羟基-1,4-苯醌-3,6-亚甲基）（PDBM）作为负极的活性材料，因为它们在酸性条件下可进行稳定和可逆的氧化还原反应。此外，他们还利用一种名为Nafion的质子传导聚合物作为固态电解质，从而取代了传统的液态电解质。"据我所知，目前还没有开发出基于有机电极和固体聚合物电解质的空气电池，"Miyatake说。在SSAB就位后，研究人员对其充放电性能、速率特性和循环性进行了实验评估。他们发现，与使用金属负极和有机液态电解质的典型空气电池不同，SSAB在有水和氧气存在的情况下不会变质。此外，用聚合物PDBM取代氧化还原活性分子DHBQ可以形成更好的负极。在1mAcm-2的恒定电流密度下，SSAB-DHBQ的每克放电容量为29.7mAh，而SSAB-PDBM的相应值为176.1mAh。这种电池采用基于二羟基苯醌的聚合物负极和基于Nafion的固体电解质，具有很高的库仑效率和放电容量。研究人员还发现，SSAB-PDBM的库仑效率在4C时为84%，在101C时逐渐下降到66%。虽然SSAB-PDBM的放电容量在30个循环后降低到44%，但通过增加负极中质子传导聚合物的含量，研究人员可以将其显著提高到78%。电子显微镜图像证实，添加Nafion提高了基于PDBM的电极的性能和耐用性。这项研究展示了由氧化还原活性有机分子作为负极、质子传导聚合物作为固态电解质以及氧还原扩散型正极组成的SSAB的成功运行。研究人员希望，这将为进一步的进步铺平道路。这项技术可以延长智能手机等小型电子设备的电池寿命，最终为实现无碳社会做出贡献。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1375365.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1375365.htm

科学家们开发出了一种用于锂离子电池的超低浓度电解质

科学家们开发出了一种用于锂离子电池的超低浓度电解质锂离子电池（LIB）为智能手机和平板电脑提供电力，驱动电动汽车，并在发电厂储存电力。大多数锂离子电池的主要成分是锂钴氧化物（LCO）阴极、石墨阳极以及为阴极和阳极的解耦反应提供移动离子的液态电解质。这些电解质决定了电极上形成的相间层的性质，从而影响电池循环性能等特性。然而，商用电解质大多仍基于30多年前配制的系统：1.0至1.2摩尔/升六氟磷酸锂（LiPF6）在羧酸酯（"碳酸溶剂"）中的溶液。在过去的十年中，高浓度电解质（>3mol/L）得到了发展，它们有利于形成坚固的无机主导相间层，从而提高了电池性能。然而，这些电解质粘度高、润湿能力差、导电性差。由于需要大量的锂盐，这些电解质的价格也非常昂贵，而这往往是影响可行性的一个关键参数。为了降低成本，超低浓度电解质（<0.3mol/L）的研究也已开始。这些电解质的缺点是，电池电池分解的溶剂多于少量的盐阴离子，从而导致有机物占主导地位，相间层的稳定性较差。由宁波大学（中国）和波多黎各大学里奥皮德拉斯校区（美国）的袁金良、夏岚和吴先勇领导的研究小组现已开发出一种超低浓度电解质，可能适用于锂离子电池的实际应用：LiDFOB/EC-DMC。LiDFOB（二氟草酸硼酸锂）是一种常见的添加剂，价格比LiPF6便宜得多。EC-DMC（碳酸乙酯/碳酸二甲酯）是一种商用碳酸酯溶剂。这种电解液的含盐量低至2重量百分比（0.16摩尔/升），但离子电导率却高达4.6mS/cm，足以使电池正常工作。此外，DFOB-阴离子的特性还能在LCO和石墨电极上形成以无机物为主的坚固相间层，从而在半电池和全电池中实现出色的循环稳定性。目前使用的LiPF6会在潮湿环境中分解，释放出剧毒和腐蚀性的氟化氢气体（HF），而LiDFOB则对水和空气稳定。使用LiDFOB的LIB不需要严格的干燥室条件，而可以在环境条件下制造，这又是一个节约成本的特点。此外，回收问题也会大大减少，从而提高可持续性。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1428465.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1428465.htm

科学家开发出需要稀有材料更少的电池 充电更快、寿命更长

科学家开发出需要稀有材料更少的电池充电更快、寿命更长研究人员通过开发快速充电功能和使用有机材料增强负极，减少了对稀有非欧洲材料的依赖，从而推动了纳离子电池技术的发展。此外，他们还改进了阴极，创造出一种高能量、快速充电、无钴的材料，这种材料在使用过程中会逐渐发生结构变化，因此寿命更长。资料来源：代尔夫特理工大学这些电极可由有机材料制成，这减少了对并非来自欧洲的稀有材料的依赖，优点在于阴极也得到了改进。代尔夫特的研究人员还改进了另一面，并发表了相关文章。这项研究最近发表在《自然-可持续性》杂志上。《用于钠离子电池的快充高压分层阴极》详细介绍了一种新型正极的开发情况，其设计原理源自他们于2020年发表在《科学》杂志上的论文。根据这些设计原则，我们设计了一种材料，它结合了两种可能的最佳结构：高能量密度与快速充电。此外，这种材料在充电和放电过程中会逐渐改变其结构，从而延长其使用寿命。此外，这种材料不含钴，而钴在锂离子阴极中仍然很常见。由于对这些电池材料的了解不断加深，第三个增长基金项目"可持续电池技术"的下一步工作已经准备就绪。在该项目中，除了锂离子电池研究外，还将在全国范围内开展纳离子电池研究。电池研究将进一步扩大，使这项技术能够应用于各国市场。参考文献：DOI:10.1038/s41893-024-01266-1编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1421389.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1421389.htm

科学家研发出生态友好和低成本的钠硫电池 拥有4倍于锂离子的容量

科学家研发出生态友好和低成本的钠硫电池拥有4倍于锂离子的容量该团队的创造属于被称为熔盐电池的一类电池，它以各种形式存在了大约50年。随着对可再生能源的重视程度不断提高，科学家们看好熔盐电池储存能源的潜力，因为它们相对便宜，而且依赖普遍可用的材料。理论上，这可以看到它们被建造在储存大量可再生能源所需的更大规模上。这些电池的典型版本依赖于钠硫化学，并在高温下保持其电极，以使电解质处于液体熔融状态。中国和澳大利亚的科学家已经合作开发了他们自己的版本，他们说这在室温下的性能得到了极大的改善。悉尼大学的首席研究员赵慎龙博士说："当太阳不在，微风不在的时候，我们需要高质量的存储解决方案，这些解决方案不需要花费地球的成本，而且在地方或区域层面上容易获得。我们希望通过提供一种降低成本的技术，可以更快达到清洁能源的水平。"赵和他的同事们着手解决目前钠硫电池的几个缺点，即寿命周期短和容量有限，这阻碍了它们在商业应用中的实用性。该团队的设计利用了碳基电极和一种被称为热解的热降解过程来改变硫和钠之间的反应。其结果是钠硫电池在室温下具有1017mAhg-1的高容量，该团队指出这大约是锂离子电池的4倍。重要的是，该电池表现出良好的稳定性，并在1000次循环后保留了大约一半的容量，在该团队的论文中被描述为"史无前例"。赵博士说："我们的钠电池有可能大大降低成本，同时提供四倍的存储容量。这是可再生能源发展的一个重大突破，虽然从长远来看降低了成本，但在进入实用领域方面有几个财务障碍"。在实验室测试中展示了纽扣电池的技术后，研究人员现在正在研究袋式电池（指的是没有刚性外壳，并使用密封的柔性箔纸作为电池容器）版本，因为他们在寻找商业使用的途径。赵说："这可能不言而喻，但我们能够越快地实现脱碳--我们就越有机会遏制变暖。利用像钠这样的丰富资源制造的存储解决方案--可以从海水中加工出来--也有可能更广泛地保证更大的能源安全，并允许更多国家加入到去碳化的转变中。"该研究发表在《先进材料》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1334821.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1334821.htm

不仅仅是储存电力 科学家开发出两用可充电电池

不仅仅是储存电力科学家开发出两用可充电电池可充电电池将电能储存在电极材料中，而氧化还原液流电池则使用储存在连接电极的储液罐中的化学物质。科学家们最近设计出了一种混合电池系统，它不仅能储存和提供电能，还能在流动系统中生成有用的化学物质。在使用过程中，糠醛-氢氧化镍电池可将生物质来源的糠醛转化为糠醇或糠酸。糠醛是一种由农业生物质中常见的戊糖形成的小分子，被认为是一种重要的平台化学品，可以从中获得多种中间体，用于各种用途。它可以被氧化成糠醛酸，糠醛酸是一种食品防腐剂，也是合成药物和香料的中间体。糠醛还原后可转化为糠醇，是树脂、香料和药物的前体。段浩宏和来自中国北京清华大学的研究团队现已成功地在混合液流电池的运行过程中获得了这两种增值化学品，从而提高了电池系统的成本效益。标准的可充电电池在充电时将电能储存在电极中，并在放电时将电能输入电路。另一种电池类型是氧化还原液流电池，它将电能储存在化学物质中，化学产物在两种状态之间循环，并留在电池中。结合这两个概念，研究人员调查了这种电池在储存或提供能量的同时能够产生额外化学物质的程度。突破性进展是阳极的双功能金属催化剂。这种催化剂由铑-铜单原子合金制成，在电池充电时能顺利地将电解液中的糠醛转化为糠醇，而在电池放电时则形成糠酸。在阴极方面，研究人员发现了一种掺钴氢氧化镍材料，类似于传统镍锌电池或镍氢电池中使用的阴极材料。这种电池组件形成了一个真正的两用电池系统：在充电（使用太阳能电池）后，四个串联的混合电池能够运行各种设备，包括LED灯和智能手机，同时在电池循环过程中不断产生糠醇和糠酸，这些化学物质通过一个流动系统被带走。作者发现，这种新型混合电池在能量密度和功率密度方面可与一些普通电池相媲美，但它能同时提供电能和增值化学品。在储存1千瓦时能量的同时，可生产0.7千克糠醇，而当系统提供0.5千瓦时的能量时（一台冰箱可在此能量下运行几个小时），可生产1千克糠酸。不过，糠醛会不断进入系统，必须将产品与电解液分离。该团队的混合概念朝着提高可充电电池的可持续性和成本效益迈出了一步，但仍需进一步发展这一概念。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1380745.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1380745.htm