我国科学家突破水系锂离子电池“短寿”研究瓶颈

上一篇 / 下一篇  2010-11-07 21:48:25

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复旦大学新能源研究所夏永姚教授课题组关于水系锂离子电池的研究取得突破性进展,找到了导致水系锂离子电池循环性差、即寿命偏短的核心问题。这一研究成果发表在最新一期的国际一流学术刊物《自然化学》(《Nature Chemistry》)杂志上。

  水系锂离子电池具有价格廉价、无环境污染、安全性能高、高功率等优点,这种电池将来可望用于风力、太阳能发电等能量储存、智能电网峰谷调荷和短距离的电动公交车等,但受循环性差等制约一直无法投入实际应用。

  1994年《科学》(《Science》)上首次报道了一种用水溶液电解质的锂离子电池,实际应用中这种电池的能量密度大于酸电池,但循环性能很差,使得这种电池寿命较短。为了提高循环性能,提高电池充电次数,过去多集中于研究合适的电极材料以提高循环性能上,但这些尝试无法有效解决关键问题,一般100次循环后也就是充电100次后,电池容量维持率低于50%。

  夏永姚教授课题组自2004年起一直从事锂离子嵌入化合物在水溶液电解质中的研究,研究人员发现锂离子嵌入化合物在水溶液电解质中的电极反应,远比在有机电解液中复杂,除了考虑电极材料本身在锂离子嵌入过程中的稳定性外,必须考虑水分解析氢、水分解析氧的反应,水溶液中质子的竞争嵌入,电极材料在水溶液中的溶解问题等。

  经过一系列的实验和分析,研究人员证实,在水和氧气存在下,作为电池负极的电极材料会被氧气氧化是造成水系锂离子电池容量衰减的主要原因,而通过电池密封消除氧气氧化、选择合适的电极材料负极和碳包覆正极,就能大大地提高电池的循环性能,将电池10分钟倍率从充放电100次容积维持率低于50%提高到可充放电1000次循环,容量维持率在90%以上。

  夏永姚教授对记者说:“虽然研究对提高水溶液锂离子电池的循环性能提供了重要指导,但是水系锂离子电池真正能实际应用还有一定距离。”



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