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低成本離子液體電解質(zhì)在可充電鋁電池的應(yīng)用

2024-08-27 09:55:34 sh默尼 8

可充電鋁(Al)電池具有理論容量高、成本低、Al豐度高、可燃性低等優(yōu)點(diǎn),有望成為鋰離子電池的候選材料。除了各種正極材料外,對電解質(zhì)的開發(fā)研究也是重中之重。在已開發(fā)的電解質(zhì)材料中,由1-乙基-3-甲基咪唑氯(EMICl)AlCl3組成的離子液體因其具有高導(dǎo)電性、低熔點(diǎn)和高穩(wěn)定性等優(yōu)異性能而成為應(yīng)用最廣泛的候選材料。然而,EMICl的高成本阻礙了鋁電池的大規(guī)模應(yīng)用和商業(yè)化。出于經(jīng)濟(jì)角度,目前已經(jīng)提出了幾種廉價(jià)的化合物作為EMICl的替代品。盡管大多數(shù)低成本電解質(zhì)的性能都不盡如人意,但其中不乏有佼佼者。譬如以鹽酸三甲胺(Me3NHCl)或鹽酸三乙胺(Et3NHCl)為陽離子組分的氯鋁酸鹽離子液體已被報(bào)道具有與EMICl-AlCl3電解質(zhì)相當(dāng)?shù)碾娀瘜W(xué)性能。


然而,這些叔烷基胺鹽酸鹽會(huì)持續(xù)性地產(chǎn)生刺鼻氣味,揮發(fā)到周圍環(huán)境中?;诖朔N弊端,研究者將目光轉(zhuǎn)向了無味的叔烷基胺和仲烷基胺鹽酸鹽,也稱為烷基氯化銨,研究其作為氯鋁酸鹽離子液體的陽離子組分的可行性。分子量較低的陽離子有可能減輕電解質(zhì)的重量,從而提高電池的能量密度。因此研究者重點(diǎn)研究了低分子量的候選物質(zhì),如鹽酸甲胺(MeNH3Cl)、鹽酸乙胺(EtNH3Cl)和鹽酸二甲胺(Me2NH2Cl)。不幸的是,這些鹽與AlCl3的二元混合物在室溫下不能完全液化。然而,通過混合多種陽離子組分可以降低液相溫度。

基于此,日本京都大學(xué)Masao Miyake團(tuán)隊(duì)將伯胺和仲胺鹽酸鹽與AlCl3混合,制備了室溫下呈液態(tài)的準(zhǔn)三元電解質(zhì),并研究了由混合烷基胺鹽酸鹽(MACl)AlCl3組成的新型電解質(zhì)的電化學(xué)性能。此外,還評估了含有該電解質(zhì)的鋁石墨電池的性能,并與普通電池進(jìn)行了比較。研究了新型氯鋁酸鹽離子液體的電化學(xué)性能,在典型情況下,其電化學(xué)性能與EMICl-AlCl3電解質(zhì)相當(dāng)??紤]到其低成本和環(huán)保優(yōu)勢,EtNH3Cl-Me2NH2Cl-AlCl3電解質(zhì)有望推動(dòng)鋁電池走向?qū)嶋H應(yīng)用,并最終在可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)中實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。


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標(biāo)簽:   雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰 離子液體 LiFSI