能量密度高达560Whkg的新型锂电池，将解决电动汽车里程焦

　　为了让电动飞机真正起飞，让电动汽车在两次充电之间行驶更远的距离，我们需要能够储存更多能量而又不会变得过于沉重的电池。现在，德国的一个团队已经展示了一种新的锂金属电池，其密度远远超过了重要的500Whkg基准，并且能够在数百次循环中保持其性能。
　　从电动汽车到智能手机，再到笔记本电脑，如今的锂离子电池在维持现代世界运转方面做得非常出色，但科学家们认为，通过对其结构的微调，还可以释放出很多潜力。一种更有希望的可能性就是，用纯锂金属替换电池电极中的石墨，这种材料可以容纳多达10倍的能量。
　　因此，锂金属也被一些电池研究人员誉为梦寐以求的材料，很可能帮助我们突破储能的关键瓶颈，但迄今为止稳定性问题一直困扰着该技术。其中，大部分与携带锂离子的电解质溶液与电池的两个电极（阴极和阳极）之间的不良反应有关。
　　在致力于解决这个问题的众多研究小组中，卡尔斯鲁厄理工学院和乌尔姆亥姆霍兹研究所（HIU）的一个团队提出了一种在很大程度上能回避这个问题的设计。研究人员从所谓的贫钴富镍层状阴极（NCM88）和一种称为LP30的市售有机电解质开始。当阴极达到高能量密度时，不稳定性很快就出现了，随着电池的循环，存储容量下降。
　　HIU的科学家解释道：在电解质LP30中，阴极上的颗粒会破裂。在这些裂缝中，电解质会发生反应并破坏结构。此外，阳极上会形成一层厚厚的苔藓状含锂层。
　　因此，该团队将LP30电解液换成了另一种电解液，这种电解液在性能上带来了巨大的提升。作为一种非挥发性、易燃性差的双阴离子离子液体电解质（ILE），这种成分被证明在很大程度上避免了阴极的结构缺陷，并使电池免于致命的电化学反应。
　　实际上，在ILE的帮助下，显着减少对富镍阴极的结构修改。结果非常理想。采用这种架构的锂金属电池的能量密度为560Whkg。
　　目前，很多研究机构都致力于突破500Whkg的能量密度阈值，以便为下一代电动汽车提供动力，而当今一流的锂离子电池的能量密度仅为250至300Whkg。
　　今年早些时候，曾经报道过一种创纪录的锂金属电池，其能量密度为350Whkg，在600次循环后仍保持其容量的76。在寿命方面，新的锂金属电池设计也表现出色，从正极材料的初始存储容量214mAhg开始，在1000次循环中保持88的容量。
　　上图：图表描述了新开发的锂金属电池的性能。
　　新型锂金属电池被证明非常有能力的另一个领域，就是它的库仑效率，这涉及锂离子在阳极和阴极之间转移的效率。充电100个锂离子，然后放电后取回100个，库仑效率为100，而商用电池至少需要99。9的效率才可行。这种新型锂金属电池的发明者称其平均库仑效率为99。94。
　　要将实验室规模电池的这些有希望的成果转化为现实世界，还有很多工作要做，但提供如此高能量密度的稳定电池可能会改变电动交通领域的游戏规则。例如，电动飞机受到当今电池能量密度的严重限制，因此只能覆盖相对较短的距离。电动汽车的续航里程有限可以通过扩大充电基础设施来解决，但这种电池的高能量重量比可以使它们行驶很远的距离，并在很大程度上消除所谓的续航里程焦虑。
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