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约克大学团队利用廉价丰富材料取代钴 更环保

作者:亚搏 发布时间:2020-12-02 06:12 浏览次数:

  盖世汽车讯 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。

  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。


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