研究人員展示液化氣電解質 助力開發防火、可回收的鋰金屬電池

隨著社會向電氣化時代轉型，人們必須不斷發展儲能技術，以適應日益增長的需求。為了實現無排放未來，應用廣泛的鋰離子電池需要在高能量密度、安全性、溫度彈性和環境可持續性方面做出巨大的改進。

（圖片來源：芝加哥大學）

據外媒報道，由芝加哥大學普利茲克分子工程學院（Pritzker School of Molecular Engineering at University of Chicago）Y.Shirley Meng教授負責的工程師團隊展示了液化氣電解質可以同時提供這四種基本屬性。這項研究由Meng在加州大學圣地亞哥分校和芝加哥大學的實驗室共同進行，開辟了一條可以大規模開發領先的、可持續、防火電池的途徑。

2017年，加州大學圣地亞哥分校（UC San Diego）的納米工程師團隊發現了氫氟碳分子。這種分子在室溫下是氣體，在一定壓力下會液化。然后，該團隊發明了一種新型電解質，稱為“液化氣電解質”（LGE）。

采用液化氣電解質，大大拓寬了電解質溶劑分子的選擇范圍。所篩選的氟代甲烷和二氟甲烷小分子具有熔點低、動力學快、電壓窗口寬的特點。在此基礎上與共溶劑相結合，這些液化氣電解質表現出優異的低溫性能（低于零下60°C）、鋰金屬庫侖效率（>99.8%）和高性能的高壓正極。然而，LGE電解質仍存在一定缺陷。因為所用分子的飽和蒸汽壓很高，而且與大多數電解質一樣易燃，導致系統存在安全和環保風險。

研究人員想用最小的醚分子——二甲醚（Me2O），代替溶解能力強的液體共溶劑。加州大學圣地亞哥分校納米工程專業的博士生Yin表示：“作為一種氣體分子，Me2O只能用于液化氣。它只能在加壓系統下工作，可以提供更好的鋰金屬界面和穩定性，同時保持快速動力學。”

加州大學圣地亞哥分校納米工程博士學生Yang希望，能夠進一步完善該系統。“如果繼續使用目前的FM和DFM弱溶劑，是無法改變高壓和易燃性缺陷的。與之相反，研究人員應該致力于尋找增加了氟化碳鍵的分子。”

研究人員參考氟代甲烷的結構來尋找碳鏈更長的氟化分子，同時保持液化氣的固有優勢，如低熔點、低粘度，并保持一定的極性。考慮到上述所有要求，提出了1，1，1，2四氟乙烷（TFE）和五氟乙烷（PFE）。更令人驚訝的是，這兩種分子是一些滅火器的主要成分。不僅不易燃，而且具有優良的滅火性能。

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