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                讓鋰電池10分鐘內完成快速充放電 浙大團隊新研究登上《自然》

                2024-03-01 10:15:02

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                日前,一項長達4年的研究在浙江大學迎來“春天”。

                一直以來,浙大材料科學與工程學院范修林研究員團隊致力于鋰離子電池研究。近期,該團隊開發并驗證了一套新型極端電解液設計原則,打破了傳統的鋰離子傳輸模式,并為具備特殊物化性質的電解液開辟了一條全新的研究途徑?;诖死砟?,團隊設計出一款新型電解液,不僅能夠支持高比能鋰離子電池在-70℃到60℃的超寬溫區內進行可逆充放電,還可以讓高能量密度鋰離子電池在10分鐘內完成快速充放電。這項研究于昨天刊發在國際期刊《自然》(Nature)上。

                鋰離子電池的充電速度、工作溫度、安全性依舊是制約電動汽車進一步發展的障礙。鋰離子電池要實現快充的突破,電解液的特性至關重要。要讓鋰離子電解液同時具備有效的電解液—電極界面膜、寬溫域內高離子電導率和快速離子傳輸動力學,這對于此前已有研究的電解液來說都是不可能實現的。

                在這項“不可能”的研究中,范修林團隊進行了4年的探索。

                面對幾萬種溶劑,該團隊首次建立了一套溶劑篩選原則,用于篩選符合標準的潛在溶劑,進而將23種目標材料,制作成電解液并應用于鋰電池,展開實證研究。記者在實驗室看到研究中的鋰離子軟包電池,如同一塊塊壓縮餅干,卻能展現出不同的功能效應。

                在一次次實驗中,浙大科研人員提出并驗證了一種全新機制——“配體通道促進傳輸”機制,建立了離子在電解液和固態電解質中傳輸的統一框架,最終確定了電解液的最佳配方。

                相關測試數據表明,浙大提出的新型電解液在25℃室溫下的離子電導率是商用電解液的4倍;在-70℃時高于商用電解液3個數量級以上?!霸谕葪l件下,我們設計的鋰離子電池,能夠實現充電10分鐘,達到八成充電量,展現出超快的離子傳輸行為?!笨斐湫阅軆灝?,也意味著低溫充放電性能較為優質,“在低溫下我們的電池也能展現出良好的性能?!狈缎蘖纸榻B。

                談及未來應用方向,范修林認為當前電池成本還比較高,可以率先在極地科考、空間探測、海底勘探等極端溫度情況中應用。而隨著電解液技術的不斷攻關迭代,范修林對新型鋰離子電池裝配到新能源汽車很有信心,“目前,我們團隊已經與相關企業開展緊密合作?!?/p>

                “我們的電解液設計原則不僅對極端工況下鋰電池有效,隨著研究的深入,我們發現其對鈉離子電池和鉀離子電池也十分有效?!狈缎蘖终f,“這也將讓科研成果聚焦國民經濟主戰場,更好服務‘雙碳’目標,推動能源綠色低碳發展?!?/p>


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