研究人员展示液化气电解质 助力开发防火、可回收的锂金属电池

随着社会向电气化时代转型，人们必须不断发展储能技术，以适应日益增长的需求。为了实现无排放未来，应用广泛的锂离子电池需要在高能量密度、安全性、温度弹性和环境可持续性方面做出巨大的改进。

（图片来源：芝加哥大学）

据外媒报道，由芝加哥大学普利兹克分子工程学院（Pritzker School of Molecular Engineering at University of Chicago）Y.Shirley Meng教授负责的工程师团队展示了液化气电解质可以同时提供这四种基本属性。这项研究由Meng在加州大学圣地亚哥分校和芝加哥大学的实验室共同进行，开辟了一条可以大规模开发领先的、可持续、防火电池的途径。

2017年，加州大学圣地亚哥分校（UC San Diego）的纳米工程师团队发现了氢氟碳分子。这种分子在室温下是气体，在一定压力下会液化。然后，该团队发明了一种新型电解质，称为“液化气电解质”（LGE）。

采用液化气电解质，大大拓宽了电解质溶剂分子的选择范围。所筛选的氟代甲烷和二氟甲烷小分子具有熔点低、动力学快、电压窗口宽的特点。在此基础上与共溶剂相结合，这些液化气电解质表现出优异的低温性能（低于零下60°C）、锂金属库仑效率（>99.8%）和高性能的高压正极。然而，LGE电解质仍存在一定缺陷。因为所用分子的饱和蒸汽压很高，而且与大多数电解质一样易燃，导致系统存在安全和环保风险。

研究人员想用最小的醚分子——二甲醚（Me2O），代替溶解能力强的液体共溶剂。加州大学圣地亚哥分校纳米工程专业的博士生Yin表示：“作为一种气体分子，Me2O只能用于液化气。它只能在加压系统下工作，可以提供更好的锂金属界面和稳定性，同时保持快速动力学。”

加州大学圣地亚哥分校纳米工程博士学生Yang希望，能够进一步完善该系统。“如果继续使用目前的FM和DFM弱溶剂，是无法改变高压和易燃性缺陷的。与之相反，研究人员应该致力于寻找增加了氟化碳键的分子。”

研究人员参考氟代甲烷的结构来寻找碳链更长的氟化分子，同时保持液化气的固有优势，如低熔点、低粘度，并保持一定的极性。考虑到上述所有要求，提出了1，1，1，2四氟乙烷（TFE）和五氟乙烷（PFE）。更令人惊讶的是，这两种分子是一些灭火器的主要成分。不仅不易燃，而且具有优良的灭火性能。

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