研究人員利用參數(shù)挑選電解質 促進金屬空氣電池研發(fā)

由于金屬空氣電池具備絕佳的重量能量密度，一直被認為是鋰離子電池的“繼承者”，金屬空氣電池有潛力讓電動汽車的續(xù)航里程達到1000英里或更長。而鉀空氣電池是堿金屬空氣電池家族中非常有前景的一種新成員，理論上，其重量能量密度是鋰離子電池的三倍多。而設計鉀空氣電池遇到的關鍵挑戰(zhàn)之一就是需要選擇合適的電解質，此類液體可以促進粒子在電池陽極和陰極之間轉移，從而提供電力。

一般來說，選擇電解質時會使用一種基于經(jīng)驗法則的試錯法，與幾種電解質特性相關，然后對幾種候選電解質進行詳盡（且耗時）的測試，以確定是否其達到了預期的性能。

美國華盛頓大學（圣路易斯）的研究人員在Vijay Ramani的帶領下，展示了如何通過一個簡單、易于測量的參數(shù)為堿金屬空氣電池選擇電解質。Vijay Ramani是McKelvey工程學院環(huán)境&能源的Roma B. 和Raymond H. Wittcoff特聘教授。

Ramani的團隊研究了電解質中鹽和溶劑之間的基本相互作用，并展示此類作用如何影響電池的整體性能。他們研發(fā)出一個新參數(shù)，即“電化學”蒂勒模數(shù)（衡量離子在電極表面?zhèn)鬏敽头磻菀壮潭鹊闹笜耍?。此外，本次研究還首次應用了諾貝爾獎得主Marcus-Hush的電子轉移理論，研究離子在電解質中的運動，以及它們在電極表面反應所造成的影響。

隨著溶劑重組能的不斷增加，蒂勒模量成倍地下降。重組能是一種修正溶劑化球體所需能量的量度。因此，溶劑重組能可用于為高性能金屬空氣電池選擇合適的電解質，無需其他試錯工作。

Ramani團隊的研究科學家Shrihari Sankarasubramanian表示：“一開始，我們試圖更好地了解電解質對金屬空氣電池系統(tǒng)中氧化還原反應的影響，最終展示了離子如何在電解質中擴散，以及此類離子在電極表面的反應如何，而此類信息與打破溶解的離子周圍溶劑化殼所需的能量有關。用一個參數(shù)描述溶劑化能與離子輸運和表面反應動力學的關系是一個突破性的進展，使我們能夠合理地開發(fā)用于金屬空氣電池的新型高性能電解質?！?/p>