工程团队解开新一代安全高效锂电池的钥匙

在气候变化和清洁能源需求的挑战下，高安全性和高容量电池的制造受到越来越多的关注，这对于支持电动汽车和电网储能系统的持续增长至关重要。

由香港大学(HKU)机械工程系Dong-MyeongShin博士领导的团队开发的新一代锂离子电池为可行的解决方案铺平了道路。该团队发现了一系列阴离子网络固体电解质，可以构成新型电池的组成部分，更安全、功率密度更高、寿命周期更长。

该研究结果已发表在《化学工程杂志》上的一篇题为“用于锂金属电池应用的无溶剂单离子导电硼酸盐网络聚合物电解质系列中的工程网络”。

锂离子电池凭借其最先进的储能技术一直是最常用的电池。目前商用电池技术主要以液态电解质和碳质负极为主，存在安全问题、寿命有限、功率密度不足等缺点。

在液体电解质中，锂阳离子和抗衡阴离子以相反的方向移动以导电。通常情况下，阴离子的移动速度至少是锂阳离子的四倍，因此锂阳离子的转移仅占总离子电流的一小部分(20%)，而过多的阴离子会积聚在电极和电解质的界面，导致内部短路和电池容量衰减。

液体电解质的易燃性、相对于锂金属的不稳定性以及低离子传导选择性正在推动对固体电解质的研究，这种固体电解质可以提供可接受的安全水平，并且与目前具有最高理论比功率容量的锂金属阳极兼容。

Shin博士的团队设计的单离子导电聚合物电解质发现阳离子传输显着增加(至少4倍)。该团队设计的阴离子网络聚合物由不同化学计量比的支链乙二醇接头桥接的硼酸盐阴离子组成，其中阴离子被束缚在聚合物框架中，从而实现高度选择性的阳离子传输。

聚合物内的阳离子电导率由链段迁移率的系统工程控制，有助于制定一类新型高导电固体电解质的综合设计规则。

由于单离子导电聚合物电解质成功地克服了电池中当前固体电解质的持续存在的问题，例如低循环性和高过电位，预计离子选择性电解质的新设计规则将有助于加快可充电锂电池的实现。金属电池。

“我们相信单离子导电聚合物电解质将开辟新电池化学的可能性，这将彻底改变可充电电池领域，并提供高水平的安全性、高功率密度和长寿命周期，”JingyiGao说，论文第一作者，博士。申博士的学生。

Shin博士补充说，电池中的离子选择性电解质由于过电势较低也可以实现快速充电。“它可以让电动汽车在喝一杯咖啡所需的时间内充满电。这一显着优势将开启清洁能源世界的新时代。”

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