清華新聞網(wǎng)1月20日電 在儲(chǔ)能設(shè)備日益復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景和全球頻繁發(fā)生的極端高溫氣候條件下,，使用有機(jī)液體電解液的鋰金屬電池在高溫場(chǎng)景下（>60℃）極易發(fā)生失效,，包括副反應(yīng)加劇、電極-電解質(zhì)界面層破裂,、正極材料損壞等,，且低沸點(diǎn)有機(jī)溶劑的揮發(fā)性和易燃性嚴(yán)重增加了安全風(fēng)險(xiǎn)，因此亟需為鋰電池量身定制先進(jìn)的高溫電解質(zhì),。
清華大學(xué)化工系副教授劉凱和副研究員陳翔合作,，報(bào)道了一種具有高固有熱穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性的無(wú)溶劑熔融鹽電解質(zhì)，由堿金屬陽(yáng)離子和氟化磺酰亞胺陰離子組成,，表現(xiàn)出優(yōu)異的鋰離子傳輸動(dòng)力學(xué),，包括低活化能、高鋰離子電導(dǎo)率和高遷移數(shù),，揭示了強(qiáng)的陽(yáng)離子-陽(yáng)離子（Li+-Cs+）協(xié)同效應(yīng)促進(jìn)了鋰離子在熔融鹽電解質(zhì)中的擴(kuò)散行為,，可滿足高溫鋰金屬的應(yīng)用需求。
圖1.一種用于高溫鋰金屬電池的無(wú)溶劑熔融鹽電解質(zhì),，具有增強(qiáng)的Li+傳輸動(dòng)力學(xué),。陽(yáng)離子協(xié)同效應(yīng)和富含無(wú)機(jī)的固態(tài)電解質(zhì)界面賦予了其快充性能和長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性。
圖2.使用熔鹽電解質(zhì)的鋰金屬電池的電化學(xué)性能
在80℃高溫條件下,，應(yīng)用該熔融鹽電解質(zhì)的鋰-銅（Li-Cu）電池在500圈內(nèi)實(shí)現(xiàn)了98.8%的庫(kù)侖效率,，鋰金屬半電池在10℃下仍能釋放出超過(guò)100 mAh g?1的容量，鋰金屬全電池循環(huán)280圈后,，容量保持率75%,，該工作為下一代高溫電池的先進(jìn)電解質(zhì)設(shè)計(jì)提供了新的見(jiàn)解。
相關(guān)研究成果以“鋰金屬電池的具有高固有熱穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性的無(wú)溶劑熔融鹽電解質(zhì)”（Molten salt electrolytes with enhanced Li+-transport kinetics for fast-cycling of high-temperature lithium metal batteries）為題,，于1月7日發(fā)表于《能源與環(huán)境科學(xué)》（Energy & Environmental Science）,。
清華大學(xué)化工系2020級(jí)博士生閆帥帥、姚楠為論文第一作者,。劉凱和陳翔為論文通訊作者,，合作者還包括化工系教授張強(qiáng)等,。研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等的支持,。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1039/d4ee04657a
供稿：化工系
編輯：徐子越
審核：郭玲
