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类似肥皂的工作原理 布朗大学发现使电池更持久的秘诀
时间:2023-11-14 09:35来源:盖世汽车 作者:Elisha
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据外媒报道，布朗大学（Brown University）和爱达荷国家实验室（Idaho National Laboratory）研究人员认为，制造使用寿命更长的电池，关键可能在于如何使物体变得清洁，尤其是类似于肥皂的工作原理在这个过程中发挥的作用。
（图片来源：布朗大学）
以洗手为例。人们用肥皂洗手时会形成一种胶束结构，这些胶束可以将油脂和污垢包裹起来，从而使其更容易被水冲洗掉。在这项新研究中，该团队发现在设计新型局部高浓度电解质（localized high-concentration electrolyte）时也出现了类似的过程。这种电解质已成为开发更持久锂电池的富有前景的物质之一。研究人员表示，对于这一过程如何运作的全新认识，有望完全打开这一新兴技术领域的大门。
布朗大学工程学院Yue Qi教授表示：“总体而言，研究人员希望改善并提高电池的能量密度，也就是电池每次循环能储存的能量，以及电池的持续循环次数。为了做到这一点，需要更换传统电池内部的材料，从而实现储能更高的长寿命电池。想想可以为一部手机供电一周或更长时间的电池，或者能够续航500英里的电动汽车。”
现在，研究人员日益关注由锂金属制成的电池，因其储能能力比锂离子电池高得多。在锂离子电池中，电解质支持电荷在电池的两端之间通过，从而引发电化学反应将存储的化学能转化为电能。但是，这种传统电解质由溶解在液体溶剂中的低浓度盐制成，在金属电池中无法有效地发挥作用。
因此，爱达荷国家实验室和太平洋西北部国家实验室（Pacific Northwest National Laboratory）的研究人员设计了局部高浓度电解质来应对这一挑战。这种电解质通过混合溶剂中的高浓度盐与稀释剂液体而制成，具有更好的流动性，可以维持电池功率。目前，这种新型电解质已在实验室测试中显示出富有前景的结果，但其工作原理和原因尚未完全明了，从而限制其有效性以及下一步开发。这就是新研究要帮助解决的问题。
橡树岭国家实验室高级研究人员Bin Li表示：“这项研究提供了统一的理论来解释为什么这种电解质效果更好，关键性发现在于这种电解质内可以形成胶束状结构，如同肥皂一样。通过观察可以看出，溶剂与稀释剂和盐结合在一起，可以发挥肥皂或表面活性剂的作用，从而将其自身包裹在胶束中心的较高浓度的盐周围。”
在此基础上，研究人员可以分析实现电池最佳反应所需的比例和浓度，从而帮助解决设计这种电解质的主要问题之一，即找到三种成分的适当平衡点。事实上，这项研究具有指导性作用，有助于使局部高浓度电解质发挥作用，甚至可以提高其效力。
爱达荷国家实验室的研究人员将这一理论付诸实践，结果发现到目前为止这一理论是成立的，并且有助于延长锂金属电池的寿命。但是，该团队认为在解决高密度电池的电解质设计瓶颈方面仍需进行深入探索。
(责任编辑：子蕊)
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