中国研究人员开发新通用方法 有助于实现适合多价金属电池的高性能电解质

盖世汽车讯 随着全球电动汽车和混合动力汽车的推广，开发安全且性能更好的电池技术愈发重要。工程师们致力于提高电池的安全性和能量容量，同时确保它们的可扩展性，以及减缓电池随时间逐渐退化的现象。

（图片来源：nature.com）

基于镁（Mg）和钙（Ca）等低还原电位阳极材料的可充电多价金属电池（即使用多价离子的电池）等技术能够满足电子行业的需求。如果采用适当的阳极、阴极和电解质组合来进行开发，这些电池能够表现出高能量密度。近年来，研究发现了很多具有成本效益的阳极材料，可以用于这些电池。但研究人员提出的许多电解质要么难以获得，要么需要依赖复杂的合成工艺，难以大规模制造。

据外媒报道，浙江大学、浙大杭州国际科创中心和大连理工大学的研究人员最近提出新型通用方法，以实现适合多价金属电池的高性能和可扩展电解质。这种策略有助于设计可逆的、更具成本效益的电解质系统，可能对开发下一代电池技术有价值。

研究人员表示：“开发具有高能量密度的多价金属电池需要使用高性能、低成本的电解质系统。然而，高成本前体和复杂的合成过程阻碍了对阴极电极/电解质界面和溶剂化结构的探索。我们开发出通用的阳离子置换方法，可以制备衍生自有机硼酸锌溶剂化结构的镁和钙电解质，并使其具有低成本和高可逆性。”

该团队提出的方法跨越多个步骤。首先，研究人员促使经济适用且容易获得的Zn(BH4)2前体与不同的氟代醇发生化学反应，从而产生具有不同支链的目标阴离子。随后，这些阴离子溶剂化物与具有较高金属活性的低成本金属箔反应，产生目标溶剂化结构。为了抑制溶剂持续分解，使电池保持稳定循环，研究人员提出基于两种Ca溶剂化物来构建钝化层。

研究人员表示：“通过合理调整前体链长度和氟取代度，我们可以微调阴离子在初级溶剂化层中的参与程度，完全解离的镁有机硼酸盐电解质能够实现高电流耐受性和增强的电化学动力学，而具有强配位/B-H包裹体的钙有机硼酸盐电解液可以提供具有高库仑效率的稳定固体电解质界面。”

目前为止，研究人员利用这种方法创建了基于Mg/S的53.4 Wh kg−1高负载电池原型，其中包含30μm Mg阳极、低电解质/硫比（E/S = 5.58 μl mg−1）和改进的隔膜/界面层。在初始测试中，这种电池原型取得了非常不错的结果，凸显了这种方法为多价金属电池创造有利且低成本的电解质的前景。

总体而言，未来这种方法有望为创造各种可逆电解质系统铺平道路，这些系统依赖于成本更低的材料和更简单的加工策略。而这些电解质可用于制造具有更高能量密度、可扩展且安全的多价金属电池。