锂离子电池成为 PFAS 污染日益增长的来源

锂离子电池成为 PFAS 污染日益增长的来源 根据发表《Nature Communications》期刊上的一项研究，锂离子电池成为 PFAS 污染日益增长的来源。PFAS（全氟烷基和多氟烷基物质）涵盖约 9000 种化合物，锂离子电池使用了名叫 bis-FASIs（bis-perfluoroalkyl sulfonimides）的物质，具有与其它 PFAS 物质相当的环境持久性和生态毒性。锂离子电池是清洁能源基础设施的重要组成部分，用于电动汽车和电子产品，未来十年其需求将呈指​​数级增长。研究人员表示，利用电动汽车等新技术减少二氧化碳排放至关重要，但不应该带来会增加 PFAS 污染的副作用。他们建议改进回收和处理技术。 via Solidot

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（> 3 mol/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（< 0.3 mol/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 4.6 mS/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： 手机版：

新的充电算法可将锂离子电池的寿命延长一倍

新的充电算法可将锂离子电池的寿命延长一倍 柏林亥姆霍兹中心（HZB）和柏林洪堡大学的一个欧洲研究小组开发出一种替代充电方案，使锂离子电池的寿命比现在更长。研究结果表明，通过改变充电器向电解质材料输送电流的方式，电池在经过数百次放电-充电循环后仍能保持较高的能量容量。锂离子电池是一种结构紧凑、坚固耐用的能源容器，已成为人们的宠儿。电动汽车和电子设备都依赖于它们，但随着电解质穿过分隔阳极和阴极的薄膜，它们的容量会逐渐降低。目前最好的商业级锂离子电池使用的电极由一种名为 NMC532 的化合物和石墨制成，使用寿命长达 8 年。传统的充电方式是使用恒定电流（CC）的外部电能。研究分析了使用 CC 充电时电池样品的情况，发现阳极的固体电解质界面（SEI）"明显变厚"。此外，他们还在 NMC532 和石墨电极结构中发现了更多裂纹。较厚的 SEI 和电极上较多的裂缝意味着锂离子电池容量的显著损失。因此，研究人员开发了一种基于脉冲电流（PC）的充电协议。使用新的 PC 协议对电池充电后，研究小组发现 SEI 接口变薄了很多，电极材料发生的结构变化也更少。研究小组利用欧洲两个领先的粒子加速同步加速器设施"BESSY II"和"PETRA III"进行了脉冲电流充电实验。他们发现，PC 充电可促进石墨中锂离子的"均匀分布"，从而减少石墨颗粒中的机械应力和裂纹。该方案还能抑制 NMC532 阴极的结构退化。研究表明，方波电流的高频脉冲效果最好。测试表明，PC 充电可使商用锂离子电池的使用寿命延长一倍，容量保持率达到 80%。这项研究的共同作者、柏林工业大学教授 Julia Kowal 博士说："脉冲充电可以在电极材料和界面的稳定性方面带来许多优势，并大大延长电池的使用寿命。" ... PC版： 手机版：

水电池有望5年内取代锂离子电池 不会燃爆、可回收再利用

水电池有望5年内取代锂离子电池 不会燃爆、可回收再利用 研究团队目前已经开发出用于钟表的硬币大小的水基电池原型，以及类似于AA或AAA电池的圆柱形电池。电池通过产生从电池的正极（阴极）到负极（阳极）的电子流来储存能量。当电子向相反方向流动时，它们会消耗能量，电池中的液体是用来在两端之间来回传递电子的。在水电池中，电解液是加了一些盐的水，而不是硫酸或锂盐之类的东西。目前，这种电池的使用寿命与市场上的锂离子电池相当，能量密度约为每公斤75瓦时，约为最新款特斯拉汽车电池的30%，未来通过开发新型纳米材料作为电极还有望再次提高能量密度。此外，这种电池制作工艺简单，所用材料在自然界中含量丰富，价格低廉，毒性更低。科学家称，短期1到3年内有望替代铅酸电池，5到10年内有望取代锂离子电池。 ... PC版： 手机版：

科学家们发现了一种稳定的高导电性锂离子导体

科学家们发现了一种稳定的高导电性锂离子导体 虽然硫化物固体电解质具有导电性，但它们会与水分反应形成有毒的二硫化氢。 因此，需要既导电又在空气中稳定的非硫化物固体电解质来制造安全、高性能和快速充电的固态锂离子电池。在最近发表在《材料化学》杂志上的一项研究中，由东京理科大学 Kenjiro Fujimoto 教授、Akihisa Aimi 教授和 DENSO CORPORATION 的 Shuhei Yoshida 博士领导的研究小组发现了一种稳定且高导电性的锂离子导体 烧绿石型氟氧化物的形式。藤本教授表示：“制造全固态锂离子二次电池是许多电池研究人员长期以来的梦想。 我们发现了一种氧化物固体电解质，它是全固态锂离子电池的关键组成部分，它兼具高能量密度和安全性。 除了在空气中稳定之外，该材料还表现出比之前报道的氧化物固体电解质更高的离子电导率。”本工作研究的烧绿石型氟氧化物可表示为Li2-xLa(1+x)/3M2O6F (M = Nb, Ta)。 使用各种技术对其进行结构和成分分析，包括 X 射线衍射、Rietveld 分析、电感耦合等离子体发射光谱法和选区电子衍射。 具体来说，开发了Li1.25La0.58Nb2O6F，在室温下表现出7.0 mS cm⁻¹的体离子电导率和3.9 mS cm⁻¹ 的总离子电导率。 人们发现它比已知的氧化物固体电解质的锂离子电导率更高。 该材料的离子传导活化能极低，并且该材料在低温下的离子电导率是已知固体电解质（包括硫化物基材料）中最高的之一。确切地说，即使在 –10°C 的温度下，新材料在室温下也具有与传统氧化物基固体电解质相同的电导率。 此外，由于在 100 °C 以上的电导率也已得到验证，因此该固体电解质的工作范围为 –10 °C 至 100 °C。 传统的锂离子电池无法在低于冰点的温度下使用。 因此，常用手机锂离子电池的工作条件为0℃至45℃。研究了该材料中的锂离子传导机制。 烧绿石型结构的传导路径覆盖了位于 MO6 八面体形成的隧道中的 F 离子。 传导机制是锂离子的顺序运动，同时改变与氟离子的键。 Li离子总是穿过亚稳态位置移动到最近的Li位置。 与 F 离子结合的固定 La3+ 通过阻断传导路径并消除周围的亚稳态位置来抑制锂离子传导。与现有的锂离子二次电池不同，氧化物基全固态电池不存在因损坏而导致电解液泄漏的风险，也不像硫化物基电池那样产生有毒气体的风险。 因此，这项新的创新预计将引领未来的研究。 “新发现的材料是安全的，并且比之前报道的基于氧化物的固体电解质具有更高的离子电导率。 这种材料的应用有望开发出革命性的电池，这种电池可以在从低到高的宽温度范围内工作，”藤本教授展望道。 “我们相信固体电解质应用于电动汽车所需的性能是满足的。”值得注意的是，新材料非常稳定，如果损坏也不会点燃。 它适用于飞机和其他对安全至关重要的地方。 它还适合高容量应用，例如电动汽车，因为它可以在高温下使用并支持快速充电。 此外，它还是一种有前途的用于电池、家用电器和医疗设备小型化的材料。总之，研究人员不仅发现了一种具有高导电性和空气稳定性的锂离子导体，而且还引入了一种新型的超离子导体焦绿宝石型氧氟化物。探索锂周围的局部结构、它们在传导过程中的动态变化，以及它们作为全固态电池固态电解质的潜力，是未来研究的重要领域。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家发明了不会起火的可回收“水电池” 容量大、寿命长

科学家发明了不会起火的可回收“水电池” 容量大、寿命长 首席研究员、特聘教授马天一说，他们的电池处于水性储能设备这一新兴领域的最前沿，取得的突破大大提高了该技术的性能和寿命。皇家墨尔本理工大学理学院的 Ma 说："我们设计和制造的是水金属离子电池，也可以称之为水电池。"该团队用水来替代有机电解质，使电流在正负极之间流动，这意味着他们的电池不会像锂离子电池那样起火或爆炸。Ma 表示："我们的电池可以安全地拆卸，其材料可以重复使用或回收，从而解决了全球消费者、工业界和政府在使用现有储能技术时所面临的报废处理难题。我们使用的镁和锌等材料在自然界中含量丰富、价格低廉，而且与其他种类电池中使用的替代品相比毒性较低，这有助于降低制造成本，减少对人类健康和环境的风险。"水电池制造工艺的简易性有助于实现大规模生产。能量储存和生命周期潜力如何？该团队制作了一系列小规模试验电池，用于多项同行评审研究，以应对各种技术挑战，包括提高储能能力和寿命。在发表于《先进材料》（Advanced Materials）的最新研究成果中，他们战胜了一个重大挑战枝晶，一种破坏性树枝状突起的生长，这种尖刺状金属突起可能导致短路和其他严重故障。研究小组在受影响的电池部件上涂上了一种名为铋的金属及其氧化物（又称铁锈），作为防止枝晶形成的保护层。结果呢？"现在，我们的电池寿命大大延长，可与市场上的商用锂离子电池媲美，是实际应用中高速和高强度使用的理想选择。凭借惊人的容量和更长的使用寿命，我们不仅推进了电池技术的发展，还成功地将我们的设计与太阳能电池板整合在一起，展示了高效、稳定的可再生能源存储。"该团队的水电池在能量密度方面正在缩小与锂离子技术的差距，目的是尽可能减少单位电量所占用的空间。"我们最近制造了一种镁离子水电池，其能量密度为每公斤 75 瓦时（Wh kg-1），比最新的特斯拉汽车电池高出 30%"。皇家墨尔本理工大学特聘教授马天一（左）和朱凌峰博士与团队的水电池。图片来源：皇家墨尔本理工大学 Carelle Mulawa-Richards这项研究发表在《小型结构》上。"下一步是通过开发新的纳米材料作为电极材料，提高我们水电池的能量密度"。Ma 说，镁可能是未来水电池的首选材料。"镁离子水电池有可能在短期内（比如一到三年）取代铅酸电池，并有可能在长期（5 到 10 年后）取代锂离子电池。镁比锌和镍等替代金属更轻，具有更大的潜在能量密度，将使电池充电时间更快，更有能力支持耗电设备和应用。"潜在应用Ma 说，团队的电池非常适合大规模应用，是电网存储和可再生能源集成的理想选择，尤其是在安全方面。随着技术的进步，其他类型的较小规模储能应用，如为人们的家庭和娱乐设备供电，可能会成为现实。作为澳大利亚研究理事会联系项目的一部分，Ma 的团队与行业合作伙伴、位于悉尼的技术创新企业 GrapheneX 合作，不间断开发水电池。"我们还与澳大利亚、美国、英国、日本、新加坡、中国和其他国家的知名大学和研究机构的研究人员和专家密切合作。这些合作促进了知识交流和尖端设施的使用。通过利用这个全球团队在不同领域的专业知识，我们可以从不同角度应对所涉及的复杂挑战"。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：