分子工程推动锂金属电池的发展为更安全更强大的设备铺平了道路

过去几十年来，手机、笔记本电脑和其他个人设备的蓬勃发展得益于锂离子电池，但随着气候变化需要更强大的电池用于电动汽车和电网规模的可再生能源存储，锂离子电池成为可能。离子技术可能还不够。

锂金属电池(LMB)的理论容量比锂离子电池大一个数量级，但几十年来，锂金属电池的蓬勃发展阻碍了研究。

芝加哥大学普利兹克分子工程学院ChibuezeAmanchukwu教授在最近的一项研究中写道：“进一步注定20世纪80年代末LMB商业化第一波浪潮的一个复杂挑战是它们的爆炸倾向。”

该研究于11月9日发表在《Matter》杂志上，概述了解决这个数十年之久的问题的方法，即使用无溶剂的无机熔盐来制造能量密集、安全的电池，为电动汽车和电网规模的可再生能源存储开辟了新的可能性。

Amanchukwu表示：“我们开发了一种不易燃、不易挥发的系统，该系统非常安全，并且实际上可以将能量密度提高2倍(与锂离子电池相比)。”

传统的锂金属电池依赖于将锂盐溶解在溶剂中制成的电解质。那些挥发性、易燃的溶剂——而不是盐本身——引起了这些安全问题。

为了解决这个问题，研究人员尝试了不同的溶剂或相，或者修改了盐浓度。这始终是一个权衡：使用固态无机物作为电解质的电池更安全;使用液体电解质的电池更强大。结果仍然是不安全的电池或不符合锂金属电池巨大理论能力的电池。

Amanchukwu的团队采取了一种新颖的方法，对电解质本身的传统结构提出了质疑。

“问题是溶剂首先在那里做什么?只要将其除去即可，”Amanchukwu说。

Amanchukwu的团队不是通过溶解锂盐，而是通过熔化它来使锂盐成为液体。这需要创造一种在低温下熔化的新盐成分。挑战在于达到锂盐熔化的温度，但电池其他地方使用的锂金属却不会熔化。

为了了解这项任务的范围，纯氯化锂的熔化温度略高于600°C。锂金属的熔化温度为180°C，这意味着任何有用的熔盐电解质都必须具有低得多的熔点。

Amanchukwu和他的团队创造了一种在45°C熔化的盐，从而形成了可以在80-100°C下安全运行的强大电池。

Amanchukwu说：“这是一个介于两者之间的最佳点，仍然具有所有安全优势，但在允许其呈液体的温度下运行。”

Amanchukwu的团队正在继续研究熔点更低的盐成分，最终目标是开发出可在室温下安全运行的强大锂金属电池。

“如何才能将温度降至25°C或30°C?从研究和应用的角度来看，这非常令人兴奋，”Amanchukwu说。“我们有机会创造一种非常有影响力的电池，有助于解决能源存储这一全球关键挑战。”

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