Science：液化的气态电解质提高电池性能！

电容器和锂离子电池自商业化以来，为了提高器件性能，人们在电极材料领域进行了广泛而大量的研究攻关，而对于电解质这一重要领域，却进展缓慢！

 

水溶性电解质被沿用了一个多世纪，而在电解质替换为有机溶剂之后，能量密度才得到实质性的提升，因为有机溶剂可以保障电池在更高的电压下操作。偶然发现的碳酸乙二酯（常温下呈固体）作为电解质作为溶剂能够稳定石墨负极，形成保护性的SEL膜，并允许可逆的嵌锂和脱锂。

 

室温下呈气态的电解质往往被认为非极性，分子间作用力弱，不适合直接或者冷却处理后作为电解质。而考虑到优异的物理化学性质和高介电流动因素，利用气态元件的溶剂体系的电解质使储能器件更大的温度区间保持高稳定性和高活性。

 

有鉴于此，Y. Shirley Meng等人研究了利用液化的气态含氟甲烷作为电解质可以确保在超低温操作，提高电容器和锂离子电池的能量密度！

 

图1. 液化的气态溶剂性能

 

研究发现，在-78到+65℃之间，随着电压上升，利用二氟甲烷的电容器性能始终优越，另一方面，利用氟甲烷的锂金属负极库伦效率高达97%，和4 V的LiCoO₂正极组装，在-60℃条件下具有优异的容量保持率。

 

值得注意的是，含氟碳氢化合物本身无毒，但是部分可燃烧物质的燃烧产物是对人体有害的，且对温室效应的影响尚未可知。

 

 

图2. 液化的气态电解质导电性

 

 

图3. 液化的气态电解质在电容器中的稳定性

 

 

 

图4. 液化的气态电解质在锂离子电池中的稳定性

 

 

Cyrus S. Rustomji, Y. Shirley Meng et al. Liquefied gas electrolytes for electrochemical energy storage devices. Science 2017.