日本科学家开发出新型完全固态可充电空气电池

发布时间:2023-08-07  

传统上,金属是电池负极的活性材料。然而,在可充电金属空气电池中,人们开始转向使用具有氧化还原活性的有机分子(如醌基和胺基化合物)作为负极,这种电池的正极具有氧气还原功能。在这种电池中,质子和氢氧根离子参与氧化还原反应。这种电池表现出很高的性能,接近理论上可能达到的最大容量。

此外,在可充电空气电池中使用氧化还原活性有机分子克服了与金属有关的问题,包括形成被称为"树枝状"的结构,这种结构会影响电池性能,并对环境造成负面影响。

A-Schematic-Representation-of-the-Simplified-Cell-Configuration-and-Cell-Reactions-of-the-Dihydroxy-Benzoquinone-Based-Solid-State-Air-Battery.webp

研究人员利用基于二羟基苯醌的有机负极和 Nafion 聚合物电解质开发出一种全固态可充电空气电池。图片来源:早稻田大学 Kenji Miyatake

然而,这些电池使用的液态电解质与金属基电池一样,会带来高电阻、浸出效应和易燃性等重大安全隐患。

现在,在最近发表于《Angewandte Chemie International Edition》的一项新研究中,一组日本研究人员开发出了一种全固态可充电空气电池(SSAB),并对其容量和耐用性进行了研究。这项研究由早稻田大学和山梨大学的宮武健治(Kenji Miyatake)教授领导,早稻田大学的小柳津研一(Kenichi Oyaizu)教授为共同作者。

研究人员选择了一种名为 2,5-二羟基-1,4-苯醌(DHBQ)的化学物质及其聚合物聚(2,5-二羟基-1,4-苯醌-3,6-亚甲基)(PDBM)作为负极的活性材料,因为它们在酸性条件下可进行稳定和可逆的氧化还原反应。此外,他们还利用一种名为 Nafion 的质子传导聚合物作为固态电解质,从而取代了传统的液态电解质。"据我所知,目前还没有开发出基于有机电极和固体聚合物电解质的空气电池,"Miyatake 说。

在 SSAB 就位后,研究人员对其充放电性能、速率特性和循环性进行了实验评估。他们发现,与使用金属负极和有机液态电解质的典型空气电池不同,SSAB 在有水和氧气存在的情况下不会变质。此外,用聚合物 PDBM 取代氧化还原活性分子 DHBQ 可以形成更好的负极。在 1 mAcm-2 的恒定电流密度下,SSAB-DHBQ 的每克放电容量为 29.7 mAh,而 SSAB-PDBM 的相应值为 176.1 mAh。

All-Solid-State-Rechargeable-Air-Battery-With-Redox-Active-Organic-Negative-Electrode-1536x864.webp

这种电池采用基于二羟基苯醌的聚合物负极和基于 Nafion 的固体电解质,具有很高的库仑效率和放电容量。

研究人员还发现,SSAB-PDBM 的库仑效率在 4 C 时为 84%,在 101 C 时逐渐下降到 66%。虽然 SSAB-PDBM 的放电容量在 30 个循环后降低到 44%,但通过增加负极中质子传导聚合物的含量,研究人员可以将其显著提高到 78%。电子显微镜图像证实,添加 Nafion 提高了基于 PDBM 的电极的性能和耐用性。

这项研究展示了由氧化还原活性有机分子作为负极、质子传导聚合物作为固态电解质以及氧还原扩散型正极组成的 SSAB 的成功运行。研究人员希望,这将为进一步的进步铺平道路。这项技术可以延长智能手机等小型电子设备的电池寿命,最终为实现无碳社会做出贡献。


文章来源于:电子工程世界    原文链接
本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的,且明确注明来源,不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。

我们与500+贴片厂合作,完美满足客户的定制需求。为品牌提供定制化的推广方案、专属产品特色页,多渠道推广,SEM/SEO精准营销以及与公众号的联合推广...详细>>

利用葫芦芯平台的卓越技术服务和新产品推广能力,原厂代理能轻松打入消费物联网(IOT)、信息与通信(ICT)、汽车及新能源汽车、工业自动化及工业物联网、装备及功率电子...详细>>

充分利用其强大的电子元器件采购流量,创新性地为这些物料提供了一个全新的窗口。我们的高效数字营销技术,不仅可以助你轻松识别与连接到需求方,更能够极大地提高“闲置物料”的处理能力,通过葫芦芯平台...详细>>

我们的目标很明确:构建一个全方位的半导体产业生态系统。成为一家全球领先的半导体互联网生态公司。目前,我们已成功打造了智能汽车、智能家居、大健康医疗、机器人和材料等五大生态领域。更为重要的是...详细>>

我们深知加工与定制类服务商的价值和重要性,因此,我们倾力为您提供最顶尖的营销资源。在我们的平台上,您可以直接接触到100万的研发工程师和采购工程师,以及10万的活跃客户群体...详细>>

凭借我们强大的专业流量和尖端的互联网数字营销技术,我们承诺为原厂提供免费的产品资料推广服务。无论是最新的资讯、技术动态还是创新产品,都可以通过我们的平台迅速传达给目标客户...详细>>

我们不止于将线索转化为潜在客户。葫芦芯平台致力于形成业务闭环,从引流、宣传到最终销售,全程跟进,确保每一个potential lead都得到妥善处理,从而大幅提高转化率。不仅如此...详细>>