西北工業(yè)大學(xué)納米能源材料研究中心謝科予團(tuán)隊(duì)研制出同等體量續(xù)航能力提升近7倍且材料更加環(huán)保的鋰—二氧化碳電池。相關(guān)研究成果發(fā)表于《先進(jìn)材料》《先進(jìn)能源材料》。

據(jù)謝科予介紹，與目前已經(jīng)大量商業(yè)化應(yīng)用的鋰電池相比，鋰—二氧化碳電池最大的優(yōu)勢(shì)就是具有更高的能量密度。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，其容量比是鋰電池的7倍多，假設(shè)現(xiàn)在使用的手機(jī)電池可以續(xù)航3天，未來(lái)使用同等重量、同等體積的鋰—二氧化碳電池或許可以使用21天甚至更久。此外，鋰—二氧化碳電池利用二氧化碳?xì)怏w提供電能，在整個(gè)能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中，比傳統(tǒng)的鋰電池更加綠色環(huán)保。在一些二氧化碳濃度高的特定環(huán)境中，比如火星表面、深地深海等極端環(huán)境等，使用鋰—二氧化碳電池進(jìn)行探索，可以“就地取材”。

在材料方面，謝科予團(tuán)隊(duì)和新加坡國(guó)立大學(xué)教授Loh Kian Ping 合作，共同設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的共價(jià)有機(jī)框架，他們首次將其作為氣體電池?cái)U(kuò)散層引入鋰—二氧化碳電池中，有效提高了電池的充放電循環(huán)效率，并極大地緩解了電池充放電過(guò)程中傳質(zhì)速度慢等問(wèn)題。

“后續(xù)我們可能會(huì)圍繞鋰金屬負(fù)極方面做一些保護(hù)，更好地提高電池循環(huán)效率。”團(tuán)隊(duì)成員周麗嬌說(shuō)。除此以外，團(tuán)隊(duì)未來(lái)還試圖用固體聚合物替代現(xiàn)有的電解液，為鋰—二氧化碳電池提供更多應(yīng)用場(chǎng)景。

在新型儲(chǔ)能體系，可充電鋰二氧化碳電池被稱(chēng)為“可呼吸電池2.0”，鋰二氧化碳電池具有巨大的發(fā)展?jié)摿皯?yīng)用價(jià)值，作為金屬氣體電池家族之一，其工作原理與傳統(tǒng)鋰電池相比都是全新的。

與目前已經(jīng)大量商業(yè)化應(yīng)用的鋰電池相比，鋰二氧化碳電池最大的優(yōu)勢(shì)就是具有更高的能量密度。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，鋰二氧化碳電池容量比是鋰電池的7倍多，假設(shè)我們現(xiàn)在使用的手機(jī)電池可以續(xù)航3天，未來(lái)使用同等重量同等體積的鋰-二氧化碳電池或許可以使用21天甚至更久。

另一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是利用二氧化碳?xì)怏w提供電能，可謂是變“廢”為寶。同時(shí)在整個(gè)能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中，比傳統(tǒng)的鋰電池更加綠色環(huán)保。

鋰二氧化碳是已知具有潛力性能和能量密度的幾種電池技術(shù)之一，其能量密度可以是當(dāng)今鋰離子電池的7倍，但事實(shí)證明，通過(guò)重復(fù)循環(huán)來(lái)保持其穩(wěn)定性是有問(wèn)題的。

目前這種電池僅僅處于一個(gè)概念驗(yàn)證的狀態(tài)，研究人員表示商用鋰—二氧化碳電池的實(shí)現(xiàn)還需要幾年的時(shí)間。與此同時(shí)，還需要解決其他幾個(gè)問(wèn)題，例如充電重復(fù)次數(shù)，目前，電池只能運(yùn)行大約10個(gè)充電周期。

可充式鋰二氧化碳電池可以將二氧化碳利用和可再生能源的輸送/儲(chǔ)存相結(jié)合，被認(rèn)為是下一代二次電池的有前途的候選者。從鉛酸電池到鋰離子電池，科學(xué)技術(shù)的飛躍式發(fā)展為許多行業(yè)帶來(lái)深刻變革。鋰-二氧化碳電池的關(guān)鍵材料與作用機(jī)制都與傳統(tǒng)不同，其顛覆性技術(shù)也必將為未來(lái)帶來(lái)無(wú)限可能。

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