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更安全,更强大的锂离子电池

弗吉尼亚联邦大学的研究人员正在努力提高锂离子电池的导电性和安全性,这些锂离子电池用于为世界各地的许多电子设备供电,包括笔记本电脑,iPod,卫星,人造心脏和手机。

锂离子电池
Purg Jena博士说,锂离子电池由于液态电解质的不稳定性,有助于从一个电池电极到另一个电池电极的充电是科学家可以预防的一个危险。人文与科学。尽管存在这种不稳定性,但由于锂离子电池的导电性优于更稳定的固态电解质,所以液态电解质是常见的。

物理系博士后Jena和同事红芳的理论研究表明,固态电解质的设计不仅可以与液体电极一样导电,而且非常稳定。他们的研究结果发表在本月的“国家科学院院刊”上,可能导致更安全,更强大的锂离子电池。

“理论上,你可以把你的蛋糕,也可以吃它,当谈到稳定性和导电性,”耶拿说。

作为电池中心的电解质是由正离子和负离子组成的盐。正离子是具有比电子更多的质子的原子,而负离子与质子相反地具有更多的电子。

锂离子电池中,正极锂离子通过电解质在电极之间流动。锂离子可以自由地流过液态电解质,但在固态电解质中移动较少,这对电导率有不利影响。

为了提高固态电解质的电导率,研究人员提出了一种除去单一负离子的计算模型。负簇离子 - 具有比质子更多的电子的原子团 - 代替不存在的离子。

科学家们对其他研究人员以前测试的特定固态电解质进行了概念化。原来属于称为抗钙镁铁矿的晶体族的电解质包含由三个锂原子和一个氧原子构成的正离子。正离子与负离子的单个氯原子连接。

在计算模型中,氯原子由一个硼原子和连接到现有正离子的四个氟原子产生的负簇离子代替。

确定负簇离子的其他组合可能增强电导率。

“用簇离子替代氯离子会改善电导率,因为这些离子较大,并允许锂离子快速移动,就好像它们在液体中一样。”Fang说。

Jena和Fang现在正在寻找合作者来测试他们在最终锂离子电池应用的实验室环境中的计算模型。
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