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《【Nature Communications】研究人员提高了可充电水基电池的性能》

  • 来源专题：新能源汽车
  • 编译者： 王晓丽
  • 发布时间：2025-07-16

  • 【研究机构】阿尔伯塔大学化学与材料工程系

    【研究内容】

    技术突破：开发新型加压有机电极（POEs），使水系电池能量密度提升300%，充电速度提高2倍通过水基电解质替代有机溶剂，解决锂电易燃爆炸问题（成本降低40%）?核心创新?：电极材料设计实现多重性能提升：

    · 电子导电性达传统水系电池5倍

    · 热稳定性突破120℃

    · 机械强度提升80%

    【应用场景】实验室已成功测试纽扣电池（5cm3）和软包电池（20×15cm），储能效率达锂电85%目标应用于电网级储能和电动汽车

    【成果发表】《自然-通讯》（Nature Communications, 2025），DOI:10.1038/s41467-025-59892-y

  • 原文来源：https://techxplore.com/news/2025-07-battery-breakthrough-rechargeable-based-cells.html
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    • 编译者：王晓丽
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    • 随着技术的不断进步，人们需要更强大、更安全的电池，但开发电池并非易事。 例如，锂金属电池在未来可以提供比目前常用电池更多的能量，但同时也带来了巨大的挑战： 在每次充电过程中，电池内部都会形成名为树枝状突起的细线。在魏茨曼科学研究所分子化学和材料科学系的michael Leskes教授的实验室发表并进行的一项研究中，由Ayan Maity博士领导的研究人员开发了一种创新技术，该技术不仅可以识别电池内部影响树突积累的因素，还可以快速检查替代电池组件的有效性和安全性。 聚合物陶瓷复合电解质能够安全地实现锂金属电池，并具有潜在的变革性能量密度。 然而，锂枝晶的形成及其与锂金属固态电解质间相（SEI）的复杂相互作用仍然是一个巨大的障碍，人们对此知之甚少。 研究人员结合固态核磁共振光谱和奥弗豪斯动态核极化（DNP）来解决这一问题，后者通过金属传导电子的极化转移提高了核磁共振界面灵敏度。 从分子层面详细了解了复合材料中枝晶的形成和传播，并确定了其 SEI 的组成和特性。 研究发现枝晶的数量和生长路径取决于陶瓷含量，并与电池的寿命相关。 研究表明，SEI 中锂离子共振的增强是通过 Overhauser DNP 中的锂/锂+电荷转移实现的，这使我们能够将 DNP 增强与锂离子传输联系起来，并直接确定 SEI 的锂渗透率。 这些发现对 SEI 的设计和树枝状结构的管理具有重要意义，而这对实现锂金属电池至关重要。 原文链接: Ayan Maity et al, Tracking dendrites and solid electrolyte interphase formation with dynamic nuclear polarization—NMR spectroscopy, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-54315-w
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  • 《【Angewandte Chemie】关键添加剂改善锌基可充电电池，实现更安全的能源》
    • 来源专题：新能源汽车
    • 编译者：王晓丽
    • 发布时间：2024-12-12
    • 可充电锂离子电池为从电动汽车到可穿戴设备的各种设备供电。但凯斯西储大学的一项新研究表明，锌基电池可能是一种更可持续、更经济的替代品。 在发表于 Angewandte Chemie 的一项研究中，研究人员宣布在制造高性能、低成本锌硫电池方面迈出了重要一步。"这项研究标志着我们在开发更安全、更可持续的能源存储解决方案方面迈出了重要一步，"凯斯工程学院机械与航空航天工程系助理教授、主要研究员 Chase Cao 说，"锌硫水溶液电池为从可再生能源系统到便携式电子产品的广泛应用提供了动力，同时减少了对环境的影响和对稀缺材料的依赖。 "锌硫水溶液电池为从可再生能源系统到便携式电子产品的广泛应用提供了动力，同时减少了对环境的影响和对稀缺材料的依赖。"锂离子电池虽然应用广泛，但价格昂贵，依赖于相对稀缺的材料，而且制造复杂。 相比之下，锌硫电池使用的材料更为丰富和廉价，而且环境和安全问题较少。 然而，锌阳极腐蚀、低导电性和枝晶生长等挑战一直阻碍着锌硫电池的商业可行性。 Cao 的团队通过引入两种关键添加剂：丙二醇甲醚和碘化锌，克服了这些障碍。 这项技术带来了几项关键改进：能量容量提高了 20%，导电性和稳定性得到改善，并抑制了锌枝晶的生长。 这些添加剂不仅提高了电池效率，还通过减少枝晶的形成解决了长期存在的安全问题。 "这一突破的意义不仅限于经济性和安全性。 锌硫电池比锂离子电池具有更高的能量密度，从而实现了体积更小、寿命更长的设计。 这对于可再生能源存储和要求可靠性和效率的设备来说可能是一个变革。 Cao 对开发更好电池的主要兴趣在于新型软机器人和先进传感系统，这两种系统都依赖于高容量、长寿命的电池。 例如，他正在开发受生物启发的游泳机器人，这种机器人的耐久性依赖于耐用的轻型电池，这种电池可以为长时间的任务提供动力，而不会出现故障--机器人不能在任务中途耗尽电池，否则将一去不复返。 Cao 是 CWRU 软机器和电子实验室的主任，他还在开发用于太空探索和农业的新技术，以及用于清除无处不在的危险太空碎片的新技术。 这项研究还与上海复旦大学和香港科技大学的研究人员合作进行。 原文链接: Yinfeng Guo et al, Engineering Electrolyte Network Structure for Improved Kinetics and Dendrite Suppression in Zn‐S Batteries, Angewandte Chemie International Edition (2024). DOI: 10.1002/anie.202422047
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