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加入二维催化剂 电动车充一次电可行驶500英里

2019-01-11 16:31:08 来源: 网易汽车
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网易汽车1月11日报道 据phys网站报道,锂空气电池有望成为目前电动汽车、手机和电脑使用的锂离子电池的下一个革命性替代品。

锂空气电池目前仍处于研发的试验阶段,其储能能力是锂离子电池的10倍,而且重量也轻得多。不过,更为强劲的性能需要二维材料的参与(二维材料,是指电子仅可在两个维度的非纳米尺度(1-100nm)上自由运动(平面运动)的材料,如纳米薄膜、超晶格、量子阱),这些二维材料作为先进催化剂,能使锂空气电池的效率更高,充电能力更强。

催化剂有助于提高电池内部的化学反应速率,而且根据催化剂所使用的材料的类型,它们可以显著提高电池保持和提供能量的能力。

美国伊利诺斯大学芝加哥工程学院机械与工业工程副教授Amin Salehi-Khojin表示:"我们需要非常高能量密度的电池,来为手机、笔记本电脑,尤其是电动汽车的新技术提供动力。"据悉,Salehi-Khojin和他的同事合成了几种可以作为催化剂的二维材料。

当他们的许多二维材料作为催化剂加入到实验锂空气电池中时,这些电池能够比含有传统催化剂的锂空气电池多出10倍的能量。他们的研究结果发表在《先进材料》杂志上。

论文的作者萨利希-霍金(Salehi-Khojin)表示:“这将是储能领域的一个重大突破。”“目前,电动汽车每次充电平均行驶约100英里,但随着在锂空气电池中加入二维催化剂,我们可以每次充电行驶近400至500英里,这将是一个真正的游戏规则改变者。”

Salehi-Khojin和他的同事合成了15种不同类型的二维过渡金属双硫族化合物(TMDC)。TMDC是一种独特的化合物,因为它具有很高的电子导电性和快速的电子转移特性,可以用来参与与其他材料的反应,例如在充电和放电时电池内部发生的反应。

在模拟锂空气电池的电化学系统中,研究人员实验了15种TMDC作为催化剂的性能。

UIC工程学院的研究生马吉迪(Leily Majidi)是这篇论文的第一作者,他解释说:“在二维结构下,这些TMDC具有更好的电子性能和更大的反应表面积,可以在结构稳定的情况下参与电池内的电化学反应。”

马吉迪称:“与黄金和铂等传统催化剂相比,运用这些TMDC会使材料反应速度快很多。”

二维TDMC表现如此出色的原因之一是,它们有助于加速锂空气电池的充放电反应。

Salehi-Khojin解释称:“这就是所谓的催化剂的双功能。”

这种二维材料还能与电解质(离子在充电和放电过程中通过的材料)协同作用。

“我们使用的二维TDMC和离子液体电解质作为辅助催化剂系统,能帮助电子更快地转移,导致更快的电荷,更有效地储存和释放能量。”

Salehi-Khojin称:“这些新材料代表了一种新的途径,可以将电池提升到一个新的水平,我们只需要开发出更有效、更大规模地生产和调整电池的方法。”

早在2018年3月就有媒体报道称,Amin Salehi-Khojin及阿贡国家实验室的科技人员研发出了新款锂空气电池,其电能或将比当前锂电池高了5倍。该设计利用锂与空气中提取的氧气发生反应,在电池阳极上覆盖了一款薄薄的碳酸锂、非晶碳涂层,该结构有助于锂离子的流动,同时阻隔体积较大的氧分子及二氧化碳。从目前的情况来看,Amin Salehi-Khojin的研究成果已经被大大推进了一步,实验的范围和深度得到拓展,产品效果也得到了大幅提升。(普尔)

张新颖 本文来源:网易汽车 作者:普尔 责任编辑:张新颖_NAB7458
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