作者：WashingtonUniversityinSt.Louis

金屬-空氣電池由于其特殊的能量密度而成為鋰離子電池的后繼產品.它們可以使電動汽車充電一次便行駛一千英里或更多.

鉀空氣電池是堿金屬空氣電池家族中一個最有前途的新成員,它的理論能量密度是鋰離子電池的三倍以上.設計鉀空氣電池的一個關鍵挑戰是選擇正確的電解質,這種液體有助于離子在陰極和陽極之間的轉移.

通常,根據與幾種電解質特性相關的經驗法則,采用試錯法選擇電解質,然后對幾種電解質候選進行詳細(耗時)的測試,以確定是否達到所需的性能.

圣路易斯華盛頓大學的研究人員,由RomaB.和RaymondH.Wittcoff領導,麥凱維工程學院杰出的環境與能源教授,展示了如何使用一個簡單易測量的參數來選擇堿金屬空氣電池的電解質.

他們的研究成果發表在7月8日的《國家科學院學報》上.

Ramani的團隊研究了電解質中鹽和溶劑之間的基本相互作用,并展示了這些相互作用是如何影響電池的整體性能.他們開發了一種新的參數,即“電化學”Thiele模量,一種測量離子向電極表面傳輸和反應的容易程度的方法.

本研究首次用諾貝爾獎得主馬庫斯-休斯的電子轉移理論研究了電解質組成對離子在電解質中運動及其在電極表面反應的影響.

隨著溶劑重組能的增加,Thiele模量呈指數下降,這是一種改變溶解物質的溶劑化球所需能量的測量.因此,溶劑重組能可用于合理選擇高性能金屬空氣電池的電解質.不再嘗試錯誤.

“我們開始試圖更好地了解電解質對金屬-空氣電池系統中氧還原反應的影響,”Ramani團隊的研究科學家、該研究的主要作者ShrihariSankarasubramanian說.

“我們最終展示了離子在電解質中的擴散以及這些離子在電極表面的反應如何與打破溶解離子周圍的溶劑化殼所需的能量相關.”

Ramani說:“展示了溶劑化能的單參數描述符如何與離子輸運和表面反應動力學相關聯是一個突破性的進展.這將使我們能夠合理地開發新的高性能金屬空氣電池電解質.”