據(jù)外媒報(bào)道，由于金屬空氣電池具備絕佳的重量能量密度，一直被認(rèn)為是鋰離子電池的“繼承者”，金屬空氣電池有潛力讓電動(dòng)汽車的續(xù)航里程達(dá)到1000英里或更長。而鉀空氣電池是堿金屬空氣電池家族中非常有前景的一種新成員，理論上，其重量能量密度是鋰離子電池的三倍多。而設(shè)計(jì)鉀空氣電池遇到的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一就是需要選擇合適的電解質(zhì)，此類液體可以促進(jìn)粒子在電池陽極和陰極之間轉(zhuǎn)移，從而提供電力。
一般來說，選擇電解質(zhì)時(shí)會(huì)使用一種基于經(jīng)驗(yàn)法則的試錯(cuò)法，與幾種電解質(zhì)特性相關(guān)，然后對(duì)幾種候選電解質(zhì)進(jìn)行詳盡(且耗時(shí))的測(cè)試，以確定是否其達(dá)到了預(yù)期的性能。
美國華盛頓大學(xué)(圣路易斯)的研究人員在Vijay Ramani的帶領(lǐng)下，展示了如何通過一個(gè)簡單、易于測(cè)量的參數(shù)為堿金屬空氣電池選擇電解質(zhì)。Vijay Ramani是McKelvey工程學(xué)院環(huán)境&能源的Roma B. 和Raymond H. Wittcoff特聘教授。
Ramani的團(tuán)隊(duì)研究了電解質(zhì)中鹽和溶劑之間的基本相互作用，并展示此類作用如何影響電池的整體性能。他們研發(fā)出一個(gè)新參數(shù)，即“電化學(xué)”蒂勒模數(shù)(衡量離子在電極表面?zhèn)鬏敽头磻?yīng)容易程度的指標(biāo))。此外，本次研究還首次應(yīng)用了諾貝爾獎(jiǎng)得主Marcus-Hush的電子轉(zhuǎn)移理論，研究離子在電解質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)，以及它們?cè)陔姌O表面反應(yīng)所造成的影響。
隨著溶劑重組能的不斷增加，蒂勒模量成倍地下降。重組能是一種修正溶劑化球體所需能量的量度。因此，溶劑重組能可用于為高性能金屬空氣電池選擇合適的電解質(zhì)，無需其他試錯(cuò)工作。
Ramani團(tuán)隊(duì)的研究科學(xué)家Shrihari Sankarasubramanian表示：“一開始，我們?cè)噲D更好地了解電解質(zhì)對(duì)金屬空氣電池系統(tǒng)中氧化還原反應(yīng)的影響，最終展示了離子如何在電解質(zhì)中擴(kuò)散，以及此類離子在電極表面的反應(yīng)如何，而此類信息與打破溶解的離子周圍溶劑化殼所需的能量有關(guān)。用一個(gè)參數(shù)描述溶劑化能與離子輸運(yùn)和表面反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的關(guān)系是一個(gè)突破性的進(jìn)展，使我們能夠合理地開發(fā)用于金屬空氣電池的新型高性能電解質(zhì)?！?/p>
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