鉅大鋰電 | 點擊量:0次 | 2021年12月14日
三文魚DNA可用作鋰離子電池陰極材料?研究稱可提高50%能量密度
據外媒報道,一個韓國研究團隊成功為鋰離子電池研發了新一代高容量陰極材料,比較特別的是,這個韓國研究團隊是通過利用三文魚的DNA穩定過鋰化層狀氧化物,才研發了這個新型材料,真是有點腦洞大開。
目前汽車使用的動力電池,工作原理基本都一樣,通過鋰離子在正負極之間的運動,來實現充放電,好比把公交車把乘客從A公交站運輸到B公交站,想要提高能量密度,就必須提高AB公交站容納乘客的能力。目前,正極材料此前主要采用磷酸鐵鋰,因為能量密度不高,不能存儲更多的鋰離子,現在在乘用車上基本都換成了采用三元鋰,但負極材料一直沒什么變化,主要是硅跟石墨。
據了解,在鋰離子二次電池中,充放電過程中鋰離子在陰陽極之間來回移動的數量決定了電池系統的能量密度。換句話說,研發高容量的陰極材料對于提高鋰離子電池的容量至關重要。
過鋰化層狀氧化物可逆容量較高,達250mAh/g(現有的商業化材料的可逆容量只有160mAh/g),早被認為是新一代陰極材料,能夠將電池的儲能能力提高50%以上。不過,OLO的主要缺點是,在充放電循環過程中,OLO的分層結構會崩潰,導致膨脹,最終使得電池無法使用。本次韓國研究團隊的主要貢獻在于,使用三文魚DNA穩定了過鋰化層狀氧化物。
KIST研究團隊將OLO表面與內部分成特定區域,并采用透視電子顯微鏡分析該晶體結構的變化情況。分析結構表明,經過反復的充放電循環,OLO的表面金屬層開始崩潰。
于是,該聯合研究小組采用了一種對鋰離子有很強吸附力的三文魚DNA,以控制會導致材料退化的OLO的表面結構。不過,該三文魚DNA在水溶液中顯出聚集的趨勢。為解決該問題,研究小組將碳納米管(CNT)與三文魚DNA組合成了復合涂層材料。將DNA/CNT混合物均勻地放置并附著在OLO的表面,從而研發出了新型陰極材料。
KIST研究團隊采用了綜合先進分析技術(研究各種因素,從單個顆粒到電極),發現OLO的電化學特性及其結構穩定性機制都得到了改善。原位X射線分析結果也證實,在充放電循環過程中,結構退化得到了抑制,熱穩定性得到改進。
但這個研究成果其實并不足喜,目前電池廠商遇到的難題是如何提供正極材料的能量密度,從磷酸鐵鋰變成三元鋰就是一個典型的例子,能量密度還是沒有超過當前的負極材料。因此負極材料的提升對當下來說并沒有很大的意義,出于成本的考慮,也不會很快得到大規模應用。
現在車企和電池供應商比較關注的難題,還是在于正負極之間的電解質,如果解決了固態電解質的問題,就可以采用金屬鋰作為負極材料,其能量密度比過鋰化層狀氧化物還要高。氫云鏈










