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基於氟離子的新型電池概念可以延長電池壽命

基於氟離子的新型電池概念可以延長電池壽命

想像一下,幾周內你都不用給手機或筆記本電腦充電了。這是研究人員們的夢想,他們希望能研製出比目前流行的鋰離子電池更先進的替代電池。現在,在出現在《科學》雜誌上的一項新研究化學家幾家機構,包括加州理工學院噴氣推進實驗室,這是由美國宇航局加州理工學院,以及本田研究所和勞倫斯伯克利國家實驗室,用一種新的方式來製造基於氟可充電電池,帶負電荷的形式,或離子,氟元素的。氟化物電池具有更高的能量密度,這意味著它們的使用壽命可能更長——比現在使用的電池長8倍,但氟化物可能很難處理,尤其是因為它具有很強的腐蝕性和活性。

在20世紀70年代,研究人員試圖利用固體元件製造可充電氟化物電池,但固態電池只能在高溫下工作,因此不適合日常使用。在新的研究中,作者最後報告了如何使用液體元件使氟電池工作,以及液體電池在室溫下容易工作。電池通過在正極和負極之間穿梭帶電原子(或離子)來驅動電流。在室溫下,當液體被捲入時,這種穿梭過程更容易進行。在鋰離子電池中,鋰在液體溶液(或電解質)的幫助下在電極之間穿梭。

雖然鋰離子是正的(稱為陽離子),但這項新研究中使用的氟離子帶有負電荷(也稱為陰離子)。在電池中使用陰離子既有挑戰,也有優點。要想讓電池持續更長時間,你需要移動更多的電量。移動多次充電的金屬陽離子是困難的,但是移動幾個單獨充電的陰離子可以得到類似的結果,這些陰離子移動起來相對容易。這個方案的挑戰是讓系統在可用電壓下工作。在這項新的研究中,我們證明陰離子確實值得電池科學的關注,因為我們證明氟化物可以在足夠高的電壓下工作。使氟化物電池在液體中而不是在固體中工作的關鍵是一種叫做二(2,2,2-三氟乙基)醚(BTFE)的電解質液體。這種溶劑幫助氟離子保持穩定,這樣它就可以在電池中來回穿梭電子。

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