构建更好的锂离子电池

从电脑到未来电动汽车,所有设备中的电池都可能通过添加含有硼和氟的化合物得到改进

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电动汽车系统、笔记本电脑和手机中使用的强大的锂电池容易过热甚至爆炸,但联邦研究人员表示,添加不到一克的新物质可以降低温度和成本。

这种分子由阿贡国家实验室的研究人员 Khalil Amine 和 Zonghai Chen 开发,目前正在作为锂电池电解液中的添加剂进行测试,以防止电池电压过高。

混合动力和电动汽车中使用的电池通常由 200 到 400 个小型电池组成,串联成一个强大的整体。单个电池有时会过度充电,当电压过高时会散发热量,并将相邻的电池推过临界点,从而引发失控的热反应。


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由于电动和混合动力汽车在正常行驶过程中不断放电和充电,过充问题不仅限于车库,而且构成实际的操作危险。

在实验室中,Amine 和 Chen 发现他们可以制造一种基于硼和氟的分子,并在每个电池中添加少量该分子来控制充电。Amine 解释说,当电池超过安全电压水平时,该分子会吸收电子并阻止电池电量上升。

目前,昂贵的电子控制装置被用来调节电池中的每个单独的电池,并在电压过高时关闭它。但是控制系统很昂贵,占电池成本的 20% 之多,而且电子元件容易出现故障。

Amine 说,新方法比当前技术有几个优点。他说,除了成本较低之外,该分子更可靠。他说,其他以类似方式使用某种分子的系统无法控制超过一个过热循环,而他的分子将在 500 个或更多循环中吸收多余的电压。

这种材料不易制造,但只需要少量——电解液重量的 2% 到 3%。目前,它的成本约为每公斤 1,000 美元,但 Amine 说,电池公司 EnerDel 正在租赁该技术,并利用能源部的拨款来扩大制造过程。他认为,批量生产应该将成本降低到每公斤约 100 美元。

Amine 说,该分子可以为每个电池节省 100 到 200 美元。如今,电池制造商的目标是每个电池的总价为 500 到 1,000 美元。

新分子的另一个优点是,与复杂的电子控制系统不同,在电池组中添加一种新的化学物质既快捷又容易。“电解液是最后填充的东西,所以它可以立即适应。只需添加这 2%,就可以开始使用了,”Amine 说。

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