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电池更持久的秘密可能与肥皂有关?

2023-11-09 17:10:44 布朗大学 阅读:
研究人员表明,设计更耐用的锂电池最有前途的物质之一会像肥皂一样形成胶束状结构。

当谈到制造使用寿命更长的电池时,包括布朗大学和爱达荷国家实验室工程师在内的一组研究人员认为,关键可能在于如何使物体变得清洁,特别是肥皂在此过程中的工作原理。gVgednc

以洗手为例。当人们用肥皂洗手时,肥皂会形成一种称为胶束的结构,用水冲洗时可以捕获并去除油脂、污垢和细菌。肥皂之所以能做到这一点,是因为它通过将水与被清除的物质结合并包裹在胶束结构中,充当水和被清除物质之间的桥梁。gVgednc

在发表于《自然材料》(Nature Materials)的一项新研究中,研究人员注意到,在设计更长寿命的锂电池时,一种最有前途的物质--被称为局部高浓度电解质的新型电解质--中发挥着类似的作用。他们在论文中提出,对这一过程如何起作用的新认识,或可完全打开这一新兴技术领域大门。gVgednc

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布朗大学工程学院教授 Yue Qi 表示:“总体而言,我们希望改善和提高电池的能量密度,即电池每次循环可存储多少能量以及电池可持续多少次循环,要做到这一点,需要更换传统电池内部的材料,使存储更多能量的长寿命电池成为现实——想想可以为手机供电一周或更长时间的电池,或者可以行驶 500 英里的电动汽车。 ”gVgednc

科学家们一直在积极努力过渡到由锂金属制成的电池,因为它们的储能能力比当今的锂离子电池高得多。传统电解质是电池不可或缺的组成部分,因为它们可以让电荷在电池的两个端子之间传递,引发将存储的化学能转化为电能所需的电化学反应。锂离子电池的传统电解质主要由溶解在液体溶剂中的低浓度盐组成,但在金属电池中却无法有效实现这一功能。gVgednc

爱达荷国家实验室和西北太平洋国家实验室的科学家设计了局部高浓度电解质来应对这一挑战。它们是通过将溶剂中的高浓度盐与另一种称为稀释剂的液体混合制成的,这使得电解质流动更好,从而可以维持电池的功率。gVgednc

迄今为止,在实验室测试中,这种新型电解质显示出了良好的效果,但人们对其工作原理和原因还没有完全了解,这就限制了它的有效性以及如何更好地开发这种电解质。这正是这项新研究要解决的问题。gVgednc

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橡树岭国家实验室的高级科学家Bin Li表示:“这篇论文提供了一个统一的理论来解释为什么这种电解质效果更好,并且对它的关键理解来自于发现这种电解质内形成胶束状结构,就像肥皂一样。在这里,我们看到肥皂或表面活性剂的作用是由结合稀释剂和盐的溶剂发挥的,将其自身包裹在胶束中心的较高浓度的盐周围。”gVgednc

通过了解这一点,研究人员能够分解实现电池最佳反应所需的比例和浓度。这应该有助于解决设计这种电解质的主要问题点之一,即找到三种成分的适当平衡。事实上,这项工作不仅为使局部高浓度电解质发挥作用提供了更好的指导,而且还为使电解质更有效地发挥作用提供了更好的指导。gVgednc

爱达荷国家实验室的研究人员将这一理论付诸实践。通过这样做,他们发现该理论到目前为止是成立的,并有助于延长锂金属电池的寿命。该团队很高兴看到他们的工作中产生了哪些局部高浓度电解质的设计,但知道在克服高密度电池的电解质设计瓶颈方面仍需取得重大进展。现在,他们很高兴这个秘密可能存在于像肥皂这样平凡而日常的东西中。gVgednc

参考链接:The secret to longer lasting batteries might be in how soap works, new study says;Demi Xia编译gVgednc

责编:Demi
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