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约克大学团队利用廉价丰富材料取代钴更环保

时间:2020-04-06 13:19:13 来源:本站 作者:
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  图源:YORKU官网

生产锂电池要用到锂和钴等有毒重金属,而开采和处理这些金属,会对环境造成不良影响。因此,有机材料被视为颇具发展前景的替代品。据外媒报道,加拿大约克大学York University的研究人员发现一种新方法,可以使锂电池更加环保,同时保持性能、稳定性和存储容量。

Thomas Baumgartner教授及其团队开发出一种新碳基有机分子,可以替代锂离子电池正极中使用的钴。这种新材料既能保持性能,又可以解决无机材料的缺陷。

实验用有机电极之前已经存在,诸如用碳、氮、氧、磷和硫等元素制成的电极。但是,均在不同程度上存在这样的问题:它们自身的氧化还原反应,会导致循环恶化,使其逐渐溶解到电解质中,而且导电性低,终端电压低。约克大学团队利用廉价丰富材料取代钴 更环保

研究小组选择一种名为紫罗碱viologen的化学物质,可以在不受损的情况下释放电子,甚至可以用两个电子达到同样的效果,因此存储容量更大。特别是,自定义电活性磷酰基桥接紫罗碱PY2PV的磷酰基部分,使其可以在较高的终端电压下工作,而不会失去容纳两个电子的能力。用来降低电极电阻的单壁碳纳米管SWCNTs,也是电极的构成部分。

这项研究的新颖之处在于,将芘合成到电活性磷酰基桥接紫罗碱分子中。芘与 SWCNTs的亲和力很强,并通过物理吸附与之结合,形成PY2PV!SWCNT复合物。这种结合可以防止电活性磷酰基桥接紫罗碱溶解到电解液中,解决了上述常见有机电极问题。而且,这种结合可以形成紧密耦合,而不是简单的混合,从而促进紫罗碱分子和SWCNTs 之间的固态电子转移,同时不减少电子存储容量。研究团队证明,这种材料可以充放电500次,实现长期稳定运行。

Baumgartner表示:“由有机材料制成的电极,可以进行大规模生产、回收或处理,而且更加环保。我们的目标是制造出稳定的可持续性电池,具有同样甚至更好的容量。我们制造的这一类特殊分子,使电活性成分非常适合应用于电池,因为擅于储存电荷,而且具有良好的长期稳定性。我们对这种电活性成分进行优化,并将其置于电池中。它能够产生良好的电压,高达3。5V,这正是目前锂电池的工作电压段。这是向制造全有机可持续电池迈进的重要一步。”

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