新一代的锂离子电池开发了

随着对清洁能源的需求和气候变化的挑战，对电池生产的苦恼越来越高，具有更高的容量和高级安全性，这对于支持网格储能系统和电动汽车的不间断增长至关重要。

由机械工程系的Dong-Myeong Shin博士领导的研究团队香港大学（HKU）通过开发新一代的锂离子电池，为可行的解决方案让路。该团队发现了一系列的阴离子网络固体电解质，这些固体电解质可以使新电池的重要组成部分，该电池更安全，寿命更长，并且功率密度更高。

在化学工程杂志，结果已发布。

锂离子电池具有先进的储能技术，是最常用的电池。目前，商用电池技术主要采用碳阳极和液体电解质，其寿命有限，安全问题和功率密度不足。

为了进行电力，锂阳离子和反阴离子在液体电解质中朝相反的方向移动。通常，阴离子的移动速度至少要比锂阳离子快四倍，因此锂阳离子运动加起来仅是完整离子电流的一小部分（20％）。另一方面，过多的阴离子存储在电解质和电极之间的界面上，从而导致电池容量和内部短路的褪色。

液体电解质在锂金属，易燃性和低离子选择性方面的不稳定性激发了对固体电解质的研究。它们与锂金属阳极兼容，可以提供合适的安全水平，具有最高的理论特定功率。

在阳离子运输中，由Shin博士领导的团队开发的单离子传导聚合物电解质发现了显着增加（至少4倍）。该团队开发的阴离子网络聚合物包含由各种化学计量比的支乙二醇接头桥接的硼酸盐阴离子，其中阴离子被束缚在聚合物框架中，从而促进了高度选择性的阳离子运输。

聚合物内的阳离子的电导率受节段迁移率的系统工程调节，这有助于绘制一类新型高导电固体电解质的综合设计规则。

A new design rule for ion-selective electrolytes is forecasted to enable expediting the rechargeable Li-metal batteries’ realization because the single-ion conducting polymer electrolytes efficiently win over the stubborn problems of existing solid electrolytes in battery cells, like high over-potential and low cyclability.

我们认为，单离子传导聚合物电解质将开辟新的电池化学分配的可能性，这些电池将彻底改变可充电电池的领域，并提供高水平的安全性，高功率密度和长时间的寿命。

Jingyi Gao，研究第一作者和博士学位香港大学机械工程系学生

Shin博士说，由于电势较低，电池中的离子选择性电解质也可能导致快速充电。“它可以使电动汽车在喝一杯咖啡所需的时间内充满电。这种非凡的优势将解锁清洁能源世界的新时代，”他总结道。

期刊参考：

Gao，J.，等。（2023）在一个无溶剂单离子家族中进行工程网络，用于Li-Metal电池应用的硼酸盐网络聚合物电解质。化学工程杂志。doi.org/10.1016/j.cej.2022.138407。

来源：https://hku.hk/