克拉克森大學新型電極提升電池容量並可快速充電
電動汽車和其他移動設備可以使用快速充電電池,在很小的空間內存儲大量的能量。據外媒報導,克拉克森大學的團隊為此類電池設計電極。他們採用新合成技術,生產由納米硒-碳複合材料製成的電極片,新正極具有可充電電池必需的電氣和機械性能。這是高能量密度電池設計的新範例,採用硒浸漬單片碳,作為高體積能量鋰和鈉金屬電池的獨立正極。新電極為電池設計帶來三大優勢,在很小的空間內存儲大量能量、電池很耐用、充電很快。這些是電動車等移動電池應用的重要因素。
(圖源:克拉克森大學)目前,科學文獻中重點關注的是電池的比能量(單位重量的能量)。但是,對於汽車和其他移動應用來說,能量密度(單位體積的能量)才是應該首先考慮的因素。該項研究提出全新電池材料設計方法,解決這一未被充分認識的關鍵因素,從根本上背離現有先進技術。與製造傳統的納米結構高比表面積多孔電極相比,這項工作採取相反的方法,創建緻密無孔的單片電極片材。該片材是機械性自支撐,可能完全不需要正極集電器,進一步減少電池體積。在汽車和電網應用中,硒金屬電池正在成為傳統離子電池的高能替代品。
按體積計算,新型電池正極(由硒和碳構成的緻密結構)的能量是多孔硒材料的兩倍。由於硒碳電極在內部保持納米結構,其充電速度和電池可循環性(電極損壞前的充電次數)均表現優異。硒碳電極的體積密度相對較高,為2.37g/cc,理論電荷容量(體積容量)達到1121mah/cc。對於鋰(Li)存儲,該正極提供1028 mah/cc的可逆容量,在300次充放電循環後保持82%的容量。
新電極的體積能量密度無與倫比,Li-Se為1,727 Wh / L(商用鋰離子電池為770 Wh / L),Na-Se為980 Wh / L,兩者的總複合體積相當。在不同充電速率下,隨著電流密度的增加,均能夠維持超過60%的容量,使其成為大功率電池系統和汽車快速充電應用的理想選擇。