2019-01-30 06:52:02
锂氧电池可以提高电子产品汽车的性能

厌倦了每晚必须插上你的手机?帮助可能正在进行中。

堪萨斯大学的新研究可以为未来几年的大多数消费电子和电子汽车提供更持久的电池。

今天,大多数美国人拥有由可充电锂离子电池供电的电子设备和一些由锂离子电池技术驱动的驱动汽车。但锂离子电池有缺点,例如需要定期充电。

“每个人都想拥有更好的手机,电子产品和汽车电池,”机械工程助理教授李祥林说。 “目前使用的锂离子电池没有足够的能量密度 - 你必须每天为手机充电。”

最近,李从国家科学基金会获得了新的219,312美元,为期两年的资助,以推动尖端的锂 - 氧电池。他说,锂 - 氧电池代表了最有希望取代锂离子电池的电池平台。

“我们对锂 - 氧电池的研究代表了下一代储能,”他说。 “从理论上讲,它比锂离子电池的存储容量高出一个数量级。所以,如果你将来改用它,你只需要每周给手机充电一次。有一些竞争技术,如锌 - 空气或锂硫电池,但锂氧显然是最高容量的,因此它具有很大的优势。“

虽然锂 - 氧电池具有更大的储能能力,但其缺点是无法像锂离子电池那样快速释放能量。据KU研究人员称,在克服这一缺点之前,锂 - 氧电池技术仍将处于实验室研究阶段。

“问题是锂 - 氧气具有低电流密度 - 它持续很长时间,但你没有获得大量电力,”李说。 “如果你将锂 - 氧电池用于电动汽车,你可以行驶500英里,但你不能加速非常快。每小时行驶几英里并不是很有趣。据我所知,几乎所有锂电池都是如此 - 氧气电池仍处于研究阶段,技术还没有很大的市场。性能,稳定性和寿命都是锂氧电池的问题。但在70年代和80年代,锂离子电池有类似的问题。“

凭借他的新NSF资助,李希望开发技术来提高锂 - 氧电池的电流密度,使其更加实用。他将在卡内基梅隆大学的X射线计算机断层扫描设施工作,与Shawn Lister合作。

“我们的目标是在拥有最先进的能量密度的同时,将锂 - 氧电池的功率提高一个数量级,”李说。

Li和Lister将致力于了解和改进锂 - 氧电池的氧电极的功能。李说,锂 - 氧电池必须通过纳米级孔吸收空气中的氧气,以促进反应。因此,锂 - 氧电池的电化学性能取决于电极孔隙尺度的液 - 气两相流动。研究人员的目标是通过孔径,结构,连通性和润湿性来更好地理解电池电极的孔隙尺度传输。

“Carnegie Mellon的Shawn Lister拥有一种独特的设备来测量纳米级技术的形态,就像在医院进行CT扫描一样,但分辨率非常高,可达20-30纳米,”Li说。 “我们想测量锂 - 氧电池电极并了解我们如何通过改进的设计更好地转移氧气。电池必须吸收空气中的氧气,所以如果我们不提供足够快的氧气,电力将受到限制我们将利用他的设施以及我们先进的模型和理论来设计一个高性能的电池电极 - 希望我们能够有一个实验室演示原型。

调查的重点是改善氧气在电池电极中的缓慢传质。

“电池是你想要高反应速率的电化学装置 - 反应可能发生的唯一地方是电极和电解质界面,”李说。 “我们必须使用纳米材料创造尽可能高的表面积,但传质将非常缓慢,因为纳米孔具有更高的电阻。在锂 - 氧电池中,电解质是液体,通过液体的质量传递非常慢空气。一个例子是你不能用浸过水的纸张呼吸,因为它具有很高的耐水氧性。对于液体电解质来说也是如此,所以我们想在电极中产生气相以便于氧气转移。“

李说,该项目有可能产生一项专利技术,可以在未来几年推动锂氧技术的研究和采用。 研究人员计划与当地工业建立潜在的合作伙伴关系,并通过堪萨斯城STEM联盟向公众开放。

此外,补助金工作将支持两名KU研究生的培训。

“我现在有一名博士生,我认为他将在夏天加入我的CMU,”李说。 “这是一次很棒的训练经历。他将在今年晚些时候毕业,明年将有另一名研究生 - 所以我将在这个项目中训练两名不同的学生。”

猜您喜欢的其它内容