到目前为止，只有2%的汽车是电动的，但预计到2030年将达到30%。提高电动汽车(ev)商业化的关键是提高其重量能量密度(以每公斤瓦特小时为单位)，使用更安全、易于回收的丰富材料。亚博网站下载与现有的240 Wh/kg石墨电池相比，锂金属阳极被认为是提高电动汽车电池能量密度的“圣杯”，以达到更有竞争力的500 Wh/kg能量密度。
休斯敦大学卡伦工程学院电子与计算机工程教授姚燕和休斯敦大学博士后张继博与莱斯大学的同事们正在接受这个挑战。在6月17日发表在《焦耳》杂志上的一篇论文中，Zhang, Yao和他的团队展示了一种利用溶剂辅助工艺改变电极微结构的有机固态锂电池的能量密度提高了两倍。陈昭阳、郝方、北京大学梁艳亮、艾青、美国莱斯大学Tanguy Terlier、郭华和楼军共同撰写了该论文。
＂我们正在开发低成本、地球丰富、无钴的固态电池有机阴极材料，这种材料将不再需要矿山中发现的稀有过渡金属亚博网站下载姚明说。这项研究是使用这种更可持续的替代品来提高电动汽车电池能量密度的一步姚也是德州大学超导中心的首席研究员。
任何电池都包括一个阳极，也被称为负极，和一个阴极，也被称为正极，它们在电池中被多孔膜隔开。锂离子流经离子导体——一种电解质，它允许电子充放电，为汽车发电。
电解质通常是液体，但这不是必需的——它们也可以是固体，这是一个相对较新的概念。这种新奇的装置，与锂金属阳极结合，可以防止短路，提高能量密度，使充电更快。
阴极通常决定电池的容量和电压，由于钴等稀有材料的使用，阴极随后成为电池中最昂贵的部分。到2030年，阴极将达到65,000吨的缺口。亚博网站下载钴基阴极由于其优异的性能，几乎完全用于固态电池;直到最近，有机化合物锂电池(OBEM-Li)才作为一种更丰富、更清洁、更容易回收的替代品出现。
＂美国锂离子电池的供应链备受关注姚明说。在这项工作中，我们展示了制造高能量密度锂电池的可能性，方法是用从炼油厂或生物炼油厂获得的有机材料替换过渡金属基阴极，这两种材料在美国都是世界上产能最大的亚博网站下载．"
钴基阴极产生800 Wh/kg的材料级比能，或电压乘以容量，OBEM-Li电池也是如此，这是该团队在早期的出版物中首次展示的，但之前的OBEM-Li电池由于不理想的阴极微结构，限制了活性材料的低质量分数。亚博网站下载这限制了总能量密度。
Yao和Zhang揭示了如何通过优化阴极微结构来改善阴极内的离子传输来提高OBEM-Li电池的电极级能量密度。为了做到这一点，我们使用了一种常见的溶剂——乙醇来改变其微观结构。所使用的有机阴极为芘-4,5,9,10-四酮或PTO。
＂钴基阴极通常受到青睐，因为其微观结构自然是理想的，但在有机基固态电池中形成理想的微观结构更具挑战性，”张说。
在电极水平上，溶剂辅助微结构通过显著提高活性材料的利用率，将能量密度提高到300 Wh/kg，而干拌微结构仅略低于180 Wh/kg。以前，活性物质的量可以增加，但利用率仍然很低，接近50%。亚博网站下载在张的贡献下，利用率提高到98%，从而提高了能源密度。
＂最初我是在检查PTO的化学性质，我知道它会氧化硫化物电解质张说。这引发了一场关于我们如何才能利用这种反应的讨论。我们与Rice大学的同事一起，研究了阴极-固体电解质界面相的化学组成、空间分布和电化学可逆性，这为我们解释为什么在没有deca容量的情况下电池可以如此良好的循环提供了线索y,”张说。
在过去10年里，电动汽车电池的成本下降到原始成本的近10%，使其具有商业可行性。所以，十年内会发生很多事情。这项研究是朝着更可持续的电动汽车方向迈出的关键一步，也是未来十年研究的跳板。以这样的速度，也许只是字面上和委婉地说，在另一边，未来看起来更加绿色。
